Solidification microstructure control in Al-7Si-0.4Mg (wt. %) alloys for improving fatigue properties

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Al7Si0,4Mg-basierte Legierungen (d. h. A356) werden aufgrund ihrer hervorragenden Gießbarkeit und hohen Leistung in der Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie häufig verwendet. Mehr als 95 % Gießereilegierungen basieren auf AlSiMg-Basislegierungen. Allerdings müssen noch einige Aspekte der Erstarrungsmikrostruktur kontrolliert werden, um die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die dynamisch-mechanischen Eigenschaften einschließlich der Ermüdungseigenschaften, weiter zu verbessern. Insbesondere bei Knetlegierungen auf Al-Si-Mg-Basis die Zugabe des bekannten Al-5Ti-1B-Kornfeinungsmittels zu Gusslegierungen auf Al-Si-Mg-Basis mit einem Si-Gehalt über 3 Gew.-% ist nicht wirksam. Es kommt zu einer sogenannten Si-Vergiftung, von der angenommen wird, dass sie auf zwei Ursachen zurückzuführen ist: (i) die chemische Reaktion zwischen Ti und Si und dadurch die Bildung der AlSiTi-Phase, der Verbrauch des freien Ti und die Verringerung der Wachstumsbeschränkung durch freies Ti, und (ii) die Segregation von Si auf der Basisebene des TiB2-Keimbildungsteilchens und dadurch die Vergiftung des TiB2-Keimbildungsteilchens. Wie die Si-Vergiftung reduziert oder vermieden werden kann, ist eines der wichtigsten Themen bei der Weiterentwicklung von Gusslegierungen auf Al-Si-Mg-Basis. In dieser Masterarbeit konzentrieren wir uns auf die Erstarrungsgefügekontrolle über vier Methoden: (i) die lange impellerdentgasung mit Ar (ca. 20 min) bis zum Dichteindex runter auf 1,5, (ii) die Kornfeinung durch NbB2 und AlB2 zusammen mit Zr oder Ti, (iii) die Modifizierung von eutektischem Si durch Sr und (iv) optimierte Lösungsbehandlung (540 °C für 6 h) und anschließende Glühen (180 °C für 4 h). Die erhaltenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass (i) wenn der Dichteindex weniger als 1,5 beträgt, die Bildung von Poren oder Porositäten signifikant reduziert werden kann. (ii) die Zugabe von NbB2 und AlB2 zusammen mit Zr zu Legierungen auf Al7Si0,4Mg-Basis ist nicht so effektiv wie die Zugabe von NbB2 und AlB2 zusammen mit Ti zu Legierungen auf Al7Si0,4Mg-Basis, wodurch die Korngröße bis auf 300 µm verfeinert werden kann. (iii) Zusammen mit der Zugabe von NbB2 und AlB2 zusammen mit Ti oder Zr kann die weitere Zugabe von Sr zu Legierungen auf Al7Si0,4Mg-Basis das eutektische Si gut modifizieren. (iv) nach optimierter Lösungsbehandlung und Glühen können nicht nur die statistischen Zugeigenschaften, sondern auch die dynamischen Ermüdungseigenschaften signifikant verbessert werden. Diese Untersuchung stellt eine effektive Methodik zur Verfügung, um die Erstarrungsmikrostruktur von Legierungen auf Al7Si0,4Mg-Basis zu kontrollieren und dadurch die dynamischen Ermüdungseigenschaften zu verbessern, was für die breitere Anwendung von Legierungen auf Al7Si0,4Mg-Basis sehr hilfreich ist.

Details

Titel in ÜbersetzungSteuerung des Erstarrungsmikrogefüges in Al-7Si-0,4Mg (Gew.-%) Legierungen zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
StatusVeröffentlicht - 2022