Magnesium

23.07.2018

Magnesium (Mg) ist ein weiches, silberweiß glänzendes Erdalkalimetall mit einem Schmelzpunkt von 650 °C. Mit einem mittleren Gehalt von 1,95 Gewichtsprozent ist das Magnesium in der Erdkruste das achthäufgste Element, es kommt jedoch nicht in reiner Form vor. Mit einer Dichte von 1,738 g/cm³ zählt es zu den leichtesten aller Gebrauchsmetalle. Im auskristallisierten Zustand weist es ein hexagonales Gitter (hdP) auf. Das Gefüge im geglühten Zustand ist polyedrisch.

Hexagonal dichteste Packung bei Magnesium

Gefügebild von Magnesium

Magnesiumlegierungen vereinigen die Forderungen nach geringem spezifischem Gewicht, guter Be- und Verarbeitbarkeit und hohem Recyclingpotenzial. Dennoch steht das Magnesium in seiner Anwendung noch immer weit hinter Aluminium und den Kunststoffen. Die Gründe liegen im höhere Preis, einer beschränkten Anzahl von Magnesiumlegierungen sowie oft fehlende Kennwerte und fehlendes Know-how bei der Ver- und Bearbeitung, insbesondere aufgrund seiner hohen chemischen Reaktionsfähigkeit. Als Leichtbauwerkstoffe kommen Magnesiumlegierungen überall dort zum Einsatz, wo der Vorteil der Gewichtseinsparung den hohen Werkstoffpreis kompensiert. So beträgt bei der europäischen Automobilindustrie der durchschnittliche Magnesiumanteil ca. 1 % der Fahrzeugmasse. Insbesondere im Automobilbau wäre durch den Einsatz von Magnesiumwerkstoffen noch eine deutliche Massenreduktion möglich.

Magnesium, als Element der II. Hauptgruppe des Periodensystems, ist relativ reaktionsfähig und zeigt bestimmte chemische Besonderheiten, die zu einer erhöhten Brand- und Explosionsgefahr führen. Magnesiumspäne sind leicht entzündlich und dürfen im brennenden Zustand nicht mit Wasser sondern mit trockenen Graugussspänen, trockenem Sand oder Feuerlöschern der Brandklasse D gelöscht werden. Aufgewirbelte Magnesiumstäube können mit Luft explosive Mischungen bilden. Daher sind bei der Be- und Verarbeitung von Magnesium und dessen Legierungen spezifische Sicherheitsvorkehrungen zu beachten.

Die statischen und dynamischen Festigkeitskennwerte sowie der Elastizitätsmodul des Magnesiums und seiner Legierungen sind wesentlich schlechter im Vergleich zum Leichtbauwerkstoff Aluminium. Die Zugfestigkeit liegt bei 100 MPa bis 200 MPa, die Bruchdehnurig zwischen 1 % bis 12 %, der E-Modul bei 44,8 GPa.

Das hexagonale Gitter (nur sehr wenige Gleitebenen) ist für die schlechte Kaltumformbarkeit verantwortlich und führt dazu, dass Magnesium sehr häufig durch Gießen weiterverarbeitet wird. Probleme beim Gießen von Magnesiumlegierungen bereitet jedoch eine große Schwindung (ca. 4 %), die hohe Gasaufnahmefähigkeit der Schmelze (Porenbildung) und die Neigung zur Nitridbildung. Die Warmumformung ist oberhalb von 225 °C bedingt möglich. Die hohe Kerbempfindlichkeit, die Rissanfälligkeit bei zeitlich veränderlicher Beanspruchung sowie der relativ hohe thermische Wärmeausdehnungskoeffizient (und damit Wärmespannungen) liefern weitere Gründe, weshalb das Magnesium oder dessen Legierungen für konstruktive Zwecke relativ selten eingesetzt werden.

In der Verbindungstechnik kann das Magnesium unter Schutzgas (WIG, MIG), mit Laserstrahl, Elektronenstrahl und durch Reibschweißen gefügt werden. Löten ist nicht möglich.

Für die Bezeichnung von Magnesium und seinen Legierungen gelten verschiedene Normen. In Deutschland beziehungsweise in Europa sind vor allem die Normen DIN EN 1754 für Anoden, Blockmetalle und Gusslegierungen sowie DIN 1700 für die derzeit in Deutschland genormten fünf Knetlegierungen nach DIN 1729-1 zu beachten. Weit verbreitet ist auch das aus der amerikanischen Norm ASTM B 275 stammende System (ASTM American Society for Testing and Material).