ZT68-600MPa: kaltgeformte hochfeste Aluminiumschraube

1. Im Leichtbau wird eine einzelne Schraube zum Engpass der Branche

Wenn Elektrofahrzeuge, unbemannte Luftfahrzeuge und humanoide Roboter den Leichtbau in jede Designvorgabe schreiben, kommen Magnesium- und Aluminiumstrukturteile in großem Umfang in die Serie. Ein entscheidendes Detail wird dabei oft übersehen: Was diese Leichtbaustrukturen zusammenhält, ist nach wie vor die einzelne kleine Schraube.

Herkömmliche Schrauben aus Kohlenstoffstahl und Magnesium- bzw. Aluminiumgrundwerkstoffe passen von Natur aus nicht zusammen: Korrosion, Lockern und unzureichende Festigkeit belasten Fahrzeug- und Zulieferbetriebe seit Langem. Die am Markt verfügbaren Aluminiumschrauben aus 6056 (ca. 420 MPa) entschärfen zwar einen Teil der Korrosionsprobleme, ihre Festigkeitsobergrenze ist jedoch zu niedrig – den hohen Drehmomenten und Lasten der E-Antriebs- und Batteriesysteme halten sie nicht stand.

Für diese Lücke hat die YF Zhichengjia Precision Hardware (Shenzhen) Co., Ltd. auf Basis von über zwanzig Jahren Erfahrung in Entwicklung und Fertigung von Verbindungselementen eigenständig eine kaltgeformte, hochfeste Schraube aus der modifizierten 7xxx-Aluminiumlegierung ZT68-600MPa entwickelt. Sie bringt Stahlfestigkeit in Aluminiumgewicht und bietet eine integrierte Lösung für leichte Magnesium-Aluminium-Verbindungen.

2. Drei kritische Schwächen herkömmlicher Schrauben im Leichtbau

Schwachstelle 1: Kontaktkorrosion – eine Stahlschraube in Magnesium- oder Aluminiumbauteilen ist ein langsamer Selbstzerstörungsprozess Das Elektrodenpotential von Magnesium liegt bei bis zu -1,6 V, das von Kohlenstoffstahl bei etwa -0,44 V; die Potentialdifferenz ist entsprechend groß. Unter feuchten Bedingungen, bei Wasserkontakt oder Kondensation wirkt die Magnesiummatrix als Anode und korrodiert rasch: Weißrost, zerstörtes Gewinde, abplatzende und undichte Gehäuse. Dauerhaftigkeit der Verbindung und Fahrzeugsicherheit leiden erheblich.

Schwachstelle 2: Fehlanpassung der Wärmedehnung – die Vorspannkraft geht bei hohen Temperaturen stetig verloren Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Magnesiumlegierungen liegt etwa doppelt so hoch wie der von Stahl. Unter den wechselnden Hochtemperaturbedingungen von Motor und Getriebe verformen sich Stahlschraube und Magnesiummatrix unterschiedlich, die Vorspannkraft sinkt kontinuierlich und führt schließlich zu Lockern, Dichtungsversagen und Fahrgeräuschen. Bei 150 °C kann der Vorspannkraftverlust einer Kohlenstoffstahlschraube der Klasse 10.9 über 96 % betragen.

Schwachstelle 3: Unzureichende Festigkeit – 6056-Aluminiumschrauben halten die hohen Drehmomente der E-Antriebe nicht aus Die am Markt üblichen Aluminiumschrauben aus 6056 (AL9) erreichen eine Zugfestigkeit von etwa 420 MPa und eine Streckgrenze von etwa 350 MPa. Die Tragfähigkeit ist begrenzt und genügt den Anforderungen der E-Antriebs- und Batteriesysteme an hohe Drehmomente, hohe Lasten und lange Lebensdauer nicht – ein technischer Engpass für die breite Umsetzung des Magnesium-Leichtbaus.

3. Die Antwort von ZT68: hochfeste Aluminiumlegierungs-Bolzen mit 630 MPa

ZT68 ist eine von YF Zhichengjia selbst entwickelte ultrahochfeste modifizierte 7xxx-Aluminiumlegierung. Durch gezielte Steuerung der Ausscheidung der Verstärkungsphasen Mg, Zn und Cu sowie eine präzise Wärmebehandlung aus Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern werden eine Zugfestigkeit von etwa 630 MPa und eine Streckgrenze von etwa 500 MPa erreicht. Damit liegt die Legierung durchgängig auf dem Niveau von Kohlenstoffstahlschrauben der Klasse 6.8 und behält zugleich mehr als 8 % Bruchdehnung – fest, aber nicht spröde.

Bezogen auf eine gängige Sechskantschraube mit Flansch M8×40 ergibt sich gegenüber den marktüblichen 6056-Aluminiumschrauben eine durchgängige Leistungssteigerung:

Kennwert	Hochfeste Aluminiumlegierungs-Bolzen ZT68	Marktüblich: 6056 (AL9) mit 420 MPa	Verbesserung
Zugfestigkeit Rm	ca. 630 MPa	ca. 420 MPa	ca. +50 %
Streckgrenze Rp0.2	ca. 500 MPa	ca. 350 MPa	ca. +43 %
Bruchdehnung	≥8 % (Messmittel 8,21 %)	≥6 %	hohe Festigkeit bei guter Zähigkeit
Dauergebrauchstemperatur	150 °C im Dauerbetrieb	150 °C	Festigkeitserhalt über 95 %

4. Vier zentrale Vorteile von ZT68

· Äußerst geringes Gewicht: Aluminium hat eine Dichte von nur 2,7 g/cm³; bei gleicher Abmessung wiegt die Schraube etwa ein Drittel einer Stahlschraube, die Einsparung erreicht bis zu 65 %. Allein an den Verbindungselementen eines Getriebes lassen sich 0,5 bis 1 kg einsparen; in der Serie trägt das spürbar zur Gewichtsreduktion und zu mehr Reichweite bei.

· Kontaktkorrosion ausgeschlossen: Das Potential ist auf Magnesium- und Aluminiumgrundwerkstoffe abgestimmt, die Triebkraft für Kontaktkorrosion ist sehr gering; die Matrixkorrosion der Paarung Stahl-Magnesium entfällt an der Wurzel. Mit Eloxalschicht besteht die Verbindung den 60-tägigen neutralen Salzsprühtest stabil und zeigt hohe Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion – geeignet für feuchte Bereiche wie E-Antriebe und Batteriepakete.

· Warmfest und relaxationsstabil: Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe an dem von Magnesiumlegierungen; bei Kalt-Warm-Zyklen verformen sich Schraube und Bauteil gleichsinnig, der Abbau der Vorspannkraft bleibt deutlich unter dem von Stahlschrauben. Nach 12 Stunden bei 150 °C liegt die Zugfestigkeit weiterhin über 600 MPa – passend für Motor- und Steuergerätegehäuse.

· Montagefreundlich: Der integrierte Flansch wird im Kaltstauchen angeformt, Schraube und Scheibe sind ein Teil, ein zweiter Montageschritt entfällt. Ein abgestuftes Schmierstoffsystem hält den Gesamtreibungskoeffizienten stabil zwischen 0,09 und 0,15, die Streuung des Anziehdrehmoments ist gering – geeignet für vollautomatische Montagelinien.

5. Fertigung vollständig im Haus, Qualität durchgängig kontrolliert

ZT68 überwindet die Branchenhürde, dass sich hochfeste Schrauben aus Aluminiumlegierungen bislang nicht in Serie kaltstauchen ließen. Die Prozesskette umfasst Kaltstauchen in einem Schritt, Reinigung und Vorbehandlung, präzise Wärmebehandlung zur Festigkeitssteigerung, hochgenaues Gewindewalzen nach der Wärmebehandlung, eine zweite Reinigung sowie Oberflächenbehandlung und Endprüfung:

· Kaltstauchen in einem Schritt: Der Flansch wird in einem Arbeitsgang geformt, der Faserverlauf bleibt erhalten, ein nachträgliches Aufstecken der Scheibe entfällt, Teilevielfalt und Lagerkosten sinken;

· Präzise Wärmebehandlung: Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern bringen die Verstärkungsphasen zur Ausscheidung und steigern die mechanischen Eigenschaften deutlich; · Gewindewalzen nach der Wärmebehandlung: Im Gewindegrund entsteht eine gleichmäßige Druckeigenspannung, die den Betriebszugspannungen entgegenwirkt und die Dauerfestigkeit deutlich erhöht;

· Oberflächenbehandlung: Der Reibungskoeffizient ist gezielt einstellbar, Eloxieren, Schmierstoffbeschichtungen und weitere Oberflächenlösungen sind möglich; YF Zhichengjia betreibt eigene Linien für Werkzeugbau, Kaltstauchen, Gewindewalzen, Zerspanung, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung, automatische Montage und optische Sortierung – ohne externe Vergabe. Hinzu kommt ein vollständiger Prüfpark mit Metallmikroskop, Universal-Zugprüfmaschine und Reibungskoeffizienten-Messgerät; alle Prüfungen zu Mechanik, Korrosion und Temperaturstabilität werden im Haus durchgeführt.

6. Typische Anwendungen

Die hochfesten Aluminiumlegierungs-Bolzen ZT68 sind gezielt für Magnesium- und Aluminium-Leichtbaustrukturen in Elektrofahrzeugen ausgelegt und decken anspruchsvolle Bedingungen wie Temperaturwechsel, hochfrequente Vibration und Feuchtkorrosion ab:

· E-Antriebssystem: Befestigung von Motor- und Steuergerätegehäusen aus Magnesiumlegierung sowie von Getriebeflanschen; · Antriebsbatterie: Verbindungen an Batteriewannen, Gehäuserahmen und Kühlplatten aus Magnesiumlegierung;

· Leichtbaufahrwerk: Befestigung von Leichtbaukomponenten wie Lenkern, Achsschenkeln und Hilfsrahmen aus Magnesium und Aluminium; · Große Magnesiumdruckgussteile: Strukturbefestigung an Instrumententrägern und großformatigen Karosserie-Druckgussteilen.

7. Warum YF Zhichengjia

Die hochfesten Aluminiumlegierungs-Bolzen ZT68 werden von der YF Zhichengjia Precision Hardware (Shenzhen) Co., Ltd. selbst entwickelt und gefertigt. Als innovationsführendes Unternehmen mit über zwanzig Jahren Erfahrung in der Verbindungselemente-Branche bietet YF Zhichengjia:

· Standorte: Zentrale in Shenzhen plus ein auf Automobilteile spezialisiertes Werk in Xiangyang, globale Lieferung, mehrere hundert Millionen Verbindungselemente pro Monat und mehr als hundert Fahrzeug- und Zulieferkunden weltweit;

· Zertifizierung und Technologie: Zertifizierung nach IATF 16949 für die Automobilindustrie und 26 gültige Patente auf Verbindungselemente, Qualitätskontrolle von der Rohware bis zum Fertigteil;

· Eigene Wertschöpfungskette: vollständige eigene Produktionslinien ohne externe Vergabe, durchgängige Rückverfolgbarkeit sowie technische Unterstützung von der Musterentwicklung über gemeinsame Tests und Kleinserien bis zur Großserie.

8. Leichtbau beginnt mit der richtigen Schraube

Mit der breiten Umsetzung des Magnesium-Leichtbaus in Elektrofahrzeugen genügen herkömmliche Stahl-Verbindungselemente und Aluminiumschrauben mit geringer Festigkeit den Anforderungen an die Langzeitzuverlässigkeit nicht mehr. Die kaltgeformte hochfeste Aluminiumlegierungs-Schraube ZT68-600MPa von YF Zhichengjia bietet mit eigenentwickeltem Legierungswerkstoff, neuartigem Kaltstauchprozess und umfassender Leistungsvalidierung eine leichtere, festere, stabilere und dauerhaftere integrierte Befestigungslösung.

Wenn Sie eine Verbindungslösung für Magnesium- und Aluminium-Leichtbaustrukturen suchen, sprechen Sie YF Zhichengjia an – unsere Ingenieure unterstützen Sie individuell.