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Metallglas

Solon

Geheimer Meister
2. März 2003
140
Nach Lesen des Threads
http://www.weltverschwoerung.de/mod...opic&t=8956&start=0&postdays=0&postorder=asc&
habe ich mich mal mit diesem neuen Material befasst.

Die Bezeichnung Metallglas (Herstellername "Liquid Metal") stammt von der glasähnlichen amorphen Molekularstruktur, welche durch extrem schnelles Abkühlen und somit Vermeidung der Kristallbildung des flüssigen Materials erreicht wird. Liquid Metal 1 besteht aus Titan, Kupfer, Nickel, Zirconium und Beryllium, ist rostfrei und unmagnetisch und besitzt bei einer Dichte von 6,1 kg/dm³ (Stahl = 7,8 kg/dm³) eine Härte von ~50HRC, womit es doppelt so hart wie ungehärteter Stahl und Titan ist.
Durch den niedrigen Schmelzpunkt von c.a. 400° C ist es möglich, Gußstücke im µm-Bereich zu fertigen. Es werden z.B. im Gußverfahren Skalpellklingen gefertigt, die ohne weitere Bearbeitung aus der Form entnommen werden können. Bei entsprechender Gußform sollen sogar Oberflächengüten erreichbar sein, von denen Flüssigkeiten spurlos abgewießen werden. Im militärischen Bereich wird derzeit an Durchschlagsgeschossen aus amorphem Wolfram und Verbundpanzerungen geforscht.
Die größten Nachteile liegen im hohen Preis und der geringen Temperaturbeständigkeit. Scheint in den nächsten Jahren trotzdem ein wichtiger Werkstoff zu werden.
 

Gurke

Großer Auserwählter
25. März 2003
1.626
Hmm, amorphe Strukturen fließen, mit der Zeit würde da ein paar Maße nicht mehr stimmen. Schnell abkühlen ist auch so ne sache, schränkt die Größe ein, weil die Temperatur innen nicht schnell genug runtergeht.
Denke auch gibt dann noch n anderen Trick als schnell abkühlen. Wenn man die Temperatur schnell senkt, entsehen für gewöhnlich recht viel Keime für die Kristallisation.

Achja, Stahlsorten gibt es ne ganze Menge, gehärteter Stahl kommt auch so um die 50 bis 60 HRC.
 

Solon

Geheimer Meister
2. März 2003
140
Gurke schrieb:
Hmm, amorphe Strukturen fließen, mit der Zeit würde da ein paar Maße nicht mehr stimmen. Schnell abkühlen ist auch so ne sache, schränkt die Größe ein, weil die Temperatur innen nicht schnell genug runtergeht.
Denke auch gibt dann noch n anderen Trick als schnell abkühlen. Wenn man die Temperatur schnell senkt, entsehen für gewöhnlich recht viel Keime für die Kristallisation.
Das hat mit der Zusammensetzung zu tun. (41.2% Zirconium, 22.5% Beryllium, 13.8% Titan, 12.5% Kupfer, 10.0% Nickel.
) Anscheinend gehen die beteiligten Metalle keine kristalline Verbindung ein.
http://mrsec.wisc.edu/edetc/amorphous/
Zum Thema Maßhaltigkeit habe ich folgendes gefunden:
Amorphous solid does not mean liquid.
Glass does not stay "liquid with a high viscosity" at room temperature. Glass does not "flow", not even over centuries (the common example involving old windows results from manufacturing limitations rather than the glass itself).

More technically, although it does not exibhit a first order phase transition (what we normally consider "freezing" in materials such as water), it *does* have a second order transition (meaning that, not only does it not stay a liquid, we can't call it a supercooled liquid either). This subtle difference gives rise to glass not having a identifiable temperature at which it "freezes", but it still turns into a solid below a given range nonetheless.
http://www.bladeforums.com/forums/showthread.php?s=&threadid=236043&perpage=20&pagenumber=7
Achja, Stahlsorten gibt es ne ganze Menge, gehärteter Stahl kommt auch so um die 50 bis 60 HRC.
HSS-Stähle kommen auf bis zu 65 HRC. Du kannst Stahl aber nicht gleichzeitig gießen und härten. Alle bekannten Metalle schwinden beim Abkühlen in der Gußform, weshalb die Maße der Form immer um ein bestimmtes Schwindmaß größer gefertigt werden. Außerdem ist die Oberflächengüte miserabel. Das ist bei Metallglas nicht der Fall, weil es nur im µm-Bereich schwindet. Stahl und Titan werden bei Temperaturen über 1600° C gegossen, was bedeutet, daß die Gußform nur einmal verwendet werden kann.

Ein zusätzlicher Nachteil von Liquidmetall 1 ist das hochgiftige Legierungselement Beryllium, das besondere Schutzeinrichtungen beim maschinellen Bearbeiten fordert.

edit: Legierungsbestandteile korrigiert
 

Gurke

Großer Auserwählter
25. März 2003
1.626
Man lernt halt nicht aus, mit dem Glas war auch nur n Beispiel, Metall kriecht ja unter Belastung auch, ist alles nur ein Kraft/Zeitfaktor.
Metallegierungen muß man auch ein gutes Händchen für haben, nicht alles kann man einfach so mischen, kann zu Seigerung kommen und dann hat man mehr als eine Phase.
HSS war Schnellarbeitsstahl oder, hab die Bezeichnungen nicht mehr so im Kopf. Solltes aber auch nicht die Kehrzeite von hoher Festigkeit vergessen, kleines E-Modul.
 

atom999

Großmeister
4. Dezember 2003
53
Aber die Sache mit dem Ne-Metall hat bestimmt einen hacken.
Ich vermute der niedrige Schmelzpunkt von ca. 400° ist bei laufenden Maschinenteilen problematisch, ich schätze es kommt zu Gefügeveränderungen oder verzug wenn die Temperatur einen gewissen punkt überschreitet. Bis zu welcher Temperatur wird den die dynamische Festigkeit gewährleitet. Kann mich darüber jemand aufklären.
 

Gurke

Großer Auserwählter
25. März 2003
1.626
Er schreib ja auch Skalpellklingen und so. Für Maschinenteile würd ichs schon aus Kostengründen nicht einsetzten.

Warum immer gießen, sintern ginge auch.
 

Solon

Geheimer Meister
2. März 2003
140
@atom999
Der Werkstoff dient sicher nicht als Ersatz für herkömmliche Stähle und wird vermutlich auch keine Verwendung für Maschinenbauelemente finden.
Im Bezug auf Durchschlagsgeschosse aus amorphem Wolfram habe ich irgendwo gelesen, daß durch die hohe Penetrationsgeschwindigkeit das Material gar keine Zeit hätte zu schmelzen. Muß ich aber nochmal nachlesen.

@Gurke
Pulvermetallurgische Stähle und Hartmetalle werden durch Sintern hergestellt. Die Nachteile sind aber enormer Zeitaufwand für Herstellung des Pulvers und für den Sintervorgang selbst. Bisherige Sinterwerkstoffe zeichnen sich auch durch hohe Sprödigkeit aus. Hartmetall kann unter Umständen zwar fertig dem Preßwerkzeug entnommen werden (~80 HRC; sehr spröde), Stähle benötigen aber noch eine zusätzliche Wärmebehandlung.
 

Laurin

Geheimer Sekretär
10. April 2002
602
ja, nur wenn das material noch bearbeitet wird...komplizierteres werkstücke eben, muss es bei gewisser bearbeitung ja dann doch noch mal nachbearbeitet werden.


was ich nicht ganz verstehe ist, wie dioeses material denn dann bitte zusammenhält, wenn man die kristallbildung stoppt....mh. sehr seltsam.

Solon
Stahl und Titan werden bei Temperaturen über 1600° C gegossen, was bedeutet, daß die Gußform nur einmal verwendet werden kann.

meinem bisherigen kanntnisstand nach hängt das gußverfahren doch aber nicht von der temperatur ab, oder? sondern mehr von der form des zu fertigenden werkstückes, ob du mit verlorenem modell, verlorener form oder als dauermodell gießt.


auch die sache mit der oberflächengüte...druckgießen schafft eine maßgenauigkeit von + - 0,02mm, was ja der genauigkeit normaler werkzeugmaschinen gleich kommt.

von daher glaub ich, dasss sich das nur in wenigen bereichen durchsetzen wird.....da geht preis und aufwendigkeit vor.


Laurin
 

Solon

Geheimer Meister
2. März 2003
140
Laurin schrieb:
ja, nur wenn das material noch bearbeitet wird...komplizierteres werkstücke eben, muss es bei gewisser bearbeitung ja dann doch noch mal nachbearbeitet werden.
Gib mal bitte ein Beispiel was Du genau meinst.

was ich nicht ganz verstehe ist, wie dioeses material denn dann bitte zusammenhält, wenn man die kristallbildung stoppt....mh. sehr seltsam.
Die Atome sind immer noch dicht aneinander gereiht, nur eben nicht mehr in geordneter Struktur:
Because of the varying sizes of these atoms, and their random arrangement in the solid, there are no groups of atoms that can easily move past one another. Because there are no planes of atoms in an amorphous material, the atoms are gridlocked into the glassy structure, making the movement of groups of atoms very difficult. One consequence of this atomic gridlock, is that some amorphous metals are very hard. Liquidmetal® is more than two times harder than stainless steel. However, besides being a very hard material, this amorphous alloy has a low elastic (or Young's) modulus. The combination of hardness and elasticity of Liquidmetal® is an important factor in its many applications.
meinem bisherigen kanntnisstand nach hängt das gußverfahren doch aber nicht von der temperatur ab, oder? sondern mehr von der form des zu fertigenden werkstückes, ob du mit verlorenem modell, verlorener form oder als dauermodell gießt.
Die Temperatur ist aber ausschlaggebend für das Material des Gießwerkzeuges. Sandformen sind soweit ich weiß nur einmal verwendbar.

auch die sache mit der oberflächengüte...druckgießen schafft eine maßgenauigkeit von + - 0,02mm, was ja der genauigkeit normaler werkzeugmaschinen gleich kommt.
Druckgießen ist meines Wissens nur mit relativ weichen Werkstoffen wie z.B. Aluminium möglich und benötigt Formen aus Spezialstahl. Bei Metallglas mit einer Gußtemperatur von ~400°C werden wohl keine besonders hohen Ansprüche an die Form gestellt, was auch das Werkzeug billiger machen würde.
Ein Toleranzbereich von 0,04mm ist zwar für ein Gußverfahren beachtlich, mit normalen Werkzeugmaschinen wird in der Serienproduktion aber bereits innerhalb 0,01mm gearbeitet. Eine Massenfertigung im µm-Bereich wäre schon revolutionär.

von daher glaub ich, dasss sich das nur in wenigen bereichen durchsetzen wird.....da geht preis und aufwendigkeit vor.
Mag sein, als Ersatz für herkömmliche Legierungen eignet es sich schon wegen der bereits aufgezählten Nachteile nicht. LM1, LM2 und LM3 sind jedoch nur Projekte eines Herstellers. Die Forschung an amorphen Werkstoffen wird sicher noch allerhand zu Tage bringen.
 
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