Aluminium, Magnesium und faserverstärkte Kunststoffe: Über neue Leichtbaumaterialien für die Autobranche wird seit einigen Jahren viel gesprochen und geschrieben, der althergebrachte Werkstoff Stahl scheint aus dem Rennen. Der Anteil der innovativen Alternativen nimmt in Studien und Konzeptfahrzeugen, aber auch in Serienmodellen kontinuierlich zu.

Mit einem Anteil von über 50 Prozent ist Stahl jedoch immer noch der mit Abstand wichtigste Werkstoff für die Automobilindustrie. Allerdings hat auch Stahl in den vergangenen Jahren einige Veränderungen durchgemacht. Durch die Zugabe von Metallen wie Mangan, Nickel und Chrom haben Stahlhersteller ihre Produkte verändert und auf die wachsenden Anforderungen der Autobauer abgestimmt.

Den Werkstoff und damit das Auto leichter zu machen, um Verbrauch und Emissionen zu senken, war und ist dabei das vorrangige Ziel. Aber nicht das einzige, die Forscher wollen auch andere Eigenschaften der Karosserie weiter verbessern. Sie soll sich bei einem Unfall kalkulierbar verformen, möglichst viel Aufprallenergie schlucken und nicht zerreißen.

Die Lösung liegt in den Kristallstrukturen

Die Materialentwickler konzentrieren sich dabei auf die Kristallgitterstrukturen, also auf die räumliche Anordnung der Atome in den winzigen Kristallen, die sich beim Abkühlen einer Schmelze bilden. Diese Strukturen bestimmen das Verhalten des Materials. Seit einiger Zeit ist dabei der Trip-Effekt im Blickpunkt. Trip steht für transformation-induced plasticity, was übersetzt "durch Kristallgitter-Transformation induzierte plastische Verformbarkeit" bedeutet.

Herkömmliche Trip-Stähle sind seit mehr als zehn Jahren auf dem Markt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit von bis zu 700 Megapascal aus. Zum Vergleich: Ein Knochen bricht bei einer mechanischen Spannung von etwa 230 Megapascal. Die Trip-Stähle lassen sich um etwa 35 Prozent dehnen. Das ist den Eisenexperten nicht genug, auch weil das Dehnvermögen bereits bei der Herstellung des Autos weitgehend "aufgebraucht" wird.

Diesen Vorgang muss man sich so vorstellen: Karosserie-Bleche werden zumeist mit dem sogenannten Tief- oder Streckziehen geformt. Dazu werden sie in eine Presse gelegt und in die gewünschte Form gebracht. Je dehnbarer das Material ist, desto besser lässt es sich in Form pressen, ohne zu zerreißen. Bei herkömmlichem Trip-Stahl führt schon das Tiefziehen dazu, dass sich die Atome im Material in einer festen Kristallstruktur anordnen. Wirken Kräfte erneut auf das Stahlblech, etwa bei einem Unfall, lässt es sich kaum noch dehnen. Die Karosserie hat dann nur noch eine Dehnungsreserve von fünf Prozent.