Entwicklung alternativer Legierungen, Halbzeug- und Bauteilherstellung für Musikinstrumente; Kurztitel/Akronym: I-Ma-Tech V1.6-I AltLeg

Abstract

Angesichts restriktiver Verschärfungen der europäischen REACH-Verordnung steht der traditionelle Musikinstrumentenbau vor der Herausforderung, etablierte blei- und nickelfreie Werkstoffe vollständig zu substituieren. Das Verbundprojekt vom IMF der TU Bergakademie Freiberg und des IfM Zwota widmete sich daher der material- und umformtechnischen Qualifizierung innovativer Alternativlegierungen. Der wissenschaftliche Kern des Vorhabens lag in der simulationsgestützten Konzeptionierung optimaler chemischer Zusammensetzungen mittels thermodynamischer Phasensimulationen (ThermoCalc). Ziel war die gezielte Bildung spanbrechender, intermetallischer Ausscheidungsphasen, um die toxische Funktion von Blei im Gefüge umweltschonend zu ersetzen. Auf dieser Basis wurden die bleifreien Messingvarianten CuZn39Fe0,8 und eZeebrass (CuZn41Mg), siliciumreiche Typen (CuZn21Si3P aus der Cuphine-Familie) sowie eine Mangan-Bronze-Variante (CuMn15Zn15Al1) als nickelfreier Neusilberersatz thermodynamisch ausgelegt, schmelzmetallurgisch erzeugt und am IMF Freiberg erfolgreich zu fehlerfreien Halbzeugen prozessiert. In der anschließenden Validierung durch das IMF und das IfM Zwota wurden das mechanische Festigkeits- und Umformbarkeitsprofil, die Spanbruchmorphologie sowie die Korrosionsbeständigkeit im direkten quantitativen Vergleich zu klassischen Referenzwerkstoffen (CuZn40Pb2 und CuNi12Zn24) nachgewiesen. Die neu entwickelten Legierungen überzeugten durch ein exzellentes Kaltumformvermögen sowie eine drastisch erhöhte Korrosionsbeständigkeit gegen Speichel und Schweiß. Die erfolgreiche technologische Umsetzung gipfelte in der praktischen Fertigung und Erprobung von vier Mustertrompeten durch die beteiligten vogtländischen Instrumentenbauer. In akustisch- spielpraktischen Prüfungen (Klang, Ansprache, Stimmung), bei denen das IfM Zwota seine Expertise einbrachte, erzielten die Prototypen mit den neuen Alternativwerkstoffen eine zur Standardreferenz absolut gleichwertige bis überlegene Performance. Sämtliche erarbeiteten Prozessfenster und technologischen Kennwerte wurden in die bündnisinterne digitale Werkstoffdatenbank überführt. Damit steht den regionalen KMU im Musikwinkel ab sofort eine verifizierte, zukunftssichere Werkstoffbasis zur direkten industriellen Umsetzung zur Verfügung, um deren Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu sichern.