Alloying- and process-controlled texture and microstructure engineering in aluminum alloys

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

In den letzten Jahrzehnten wurde die Verwendung von Aluminium und Aluminiumlegierungen im Mobilitätssektor zu einer wesentlichen Maßnahme, um die CO2-Emissionen zu reduzieren. Die Leichtbauweise kann weiters die Elektromobilität fördern, da dadurch die mit den Batteriesystemen einhergehende Massenzunahme teilweise kompensiert werden kann. Die stetig strenger werdenden Sicherheitsstandards verlangen zumeist eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierungen, allen voran der erreichbaren Festigkeit. Dies resultiert jedoch oftmals in einer verminderten Verformbarkeit der Aluminiumbleche und somit in Einschränkungen im modernen Karosseriedesign. Da viele grundlegende Eigenschaften stark von der Mikrostruktur und Textur abhängig sind, ermöglicht die Steuerung dieser Variablen die gewünschte Eigenschaftskombination in optimierten Aluminiumlegierungen. Die unterschiedlichen Auswirkungen der Legierungselemente in AlMg(Mn)- und AlMgSi-Legierungen, die häufig in der Automobilindustrie verwendet werden, zeigen signifikante Veränderungen in der Mikrostruktur und der Texturentwicklung während der herkömmlichen Blecherzeugung. Die endgültigen Eigenschaften werden weiters durch verschiedene Parameter wie die Gussabkühlrate, den Verformungsgrad und die angewendeten Wärmebehandlungen gesteuert, was ein durchdachtes Legierungs- und Prozessdesign für die Entwicklung fortschrittlicher Aluminiumbleche unverzichtbar macht. Da neuartige Legierungen oder die Anwendung alternativer Prozessparameter zumeist im Labormaßstab erprobt werden, ist die Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit vielversprechender Ergebnisse bei der Mikrostruktur- und Texturbildung auf den industriellen Maßstab von entscheidender Bedeutung. Zur Charakterisierung dieses Verhaltens werden labor- und industriell-gefertigte Bleche der Standardlegierungen EN AW-5182 und EN AW-6016 über die gesamte Verarbeitungskette analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine gute Vergleichbarkeit für die Mikrostrukturen, jedoch ergeben sich Diskrepanzen in der Stärke einzelner Texturkomponenten (insbesondere in den deformierten AlMgSi-Legierungen). Da jedoch die weich- oder lösungsgeglühten Mikrostrukturen und Texturen für Industrie und Labor grundsätzlich vergleichbar sind, kann der untersuchte Laborherstellungsprozess als annähernd repräsentativ betrachtet werden. Weiters wird in Anbetracht der zunehmenden Mengen an recyceltem Aluminium der Einfluss von "Verunreinigungselementen" wie Eisen auf die Mikrostruktur und Texturbildung in AlMg(Mn)-Legierungen in einer detaillierten Studie im Labormaßstab untersucht. Der Volumenanteil, die Größe und die Zusammensetzung der Primär- und Sekundärphasen werden durch Abwandlungen der Fe/Mn-Verhältnisse sowie verschiedene Prozessparameter modifiziert. Die unter Verwendung unterschiedlicher Charakterisierungstechniken erlangten experimentellen Ergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit den durchgeführten thermodynamischen Berechnungen auf. Die Mikrostrukturen zeigen sowohl die Effekte der partikelstimulierten Keimbildung als auch des Zener-Pinning, was zu einer signifikanten Kornfeinung für höhere Fe- und/oder Mn-Legierungsniveaus führt. In Kombination mit den sehr zufälligen Texturen im weichgeglühten Zustand ergeben sich für die untersuchten Fe- und Mn-legierten Al-Bleche vorteilhafte Merkmale, die auch die mechanischen Eigenschaften der Legierungen positiv beeinflussen können.

Details

Titel in ÜbersetzungLegierungs- und prozessgesteuerte Textur- und Gefügeentwicklung in Aluminiumlegierungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021