TY - THES

T1 - Untersuchung des Erstarrungsverhaltens Zr-legierter Al-Mg-Si-Legierungen

AU - Krivolutskiy, Sergey

N1 - gesperrt bis 26-02-2023

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Die vorliegende Arbeit behandelt die Kornfeinung von Zr-legierten Al-Mg-Si-Legierungen. Obwohl Legierungen dieser Klasse viele positive Eigenschaften, wie eine guten Schweißbarkeit, Festigkeit sowie hohe Verarbeitbarkeit zeigen, entsteht durch die Zugabe von Zirkonium ein sehr unvorteilhaftes, sehr grobes Gussgefüge. Aus der Literatur ist bekannt, dass Zr eine Inaktivierung des Kornfeiners hervorruft, wodurch ein enormer Anstieg der Korngröße bedingt wird. Der zu Grunde liegende Mechanismus ist bis heute noch nicht zweifelsfrei geklärt. Neben einer kritischen Betrachtung der möglichen Vorgänge in Zr-haltigen Legierungen dieser Art ist im ersten Teil dieser Arbeit eine Zusammenfassung über die Mechanismen der Erstarrung und Kornfeinung im Allgemeinen enthalten. Darauf aufbauend wurden insgesamt zwölf Versuche durchgeführt, die zum Ziel hatten, ein feinkörniges Gefüge zu erzielen. Zum einen wurde industrielles Vormaterial verwendet (EN AW-6082), welches umgeschmolzen und mit Zr legiert wurde. Zum anderen kam eine Aufbauschmelze, ausgehend von Primär-Al (99,92 Gew.-% Al), zum Einsatz, welche an die oben genannte Zusammensetzung angepasst wurde. An diesen beiden Schmelzen erfolgte die Erprobung von zwei verschiedenen Kornfeiner (Al-5Ti-1B und Al-3Ti-0,15C) mit unterschiedlichen Zugabe-Mengen. Die Ergebnisse sind im Folgenden zusammengefasst. Umgeschmolzenes industrielles Vormaterial ohne Zr zeigt, wegen der bereits erfolgten Kornfeinerbehandlung beim Hersteller, keine starke Abhängigkeit einer weiteren Zugabe von Al-5Ti-1B. Bei allen Schmelzen tritt eine starke Kornvergröberung durch die Zugabe von Zr auf. Sowohl Al-5Ti-1B als auch Al-3Ti-0,15C zeigen eine ähnlich gute Wirkung. Während es bei beiden Kornfeinern zu einer Abnahme des feinenden Effektes während eines Zeitraumes von 60 Minuten kommt, tritt dies bei dem Kohlenstoff-basierten Material ausgeprägter auf. Durch die Zugabe von elementarem Ti oder durch eine Erhöhung der Zugabe-Menge von Al-5Ti-1B ist es möglich eine ausreichende Kornfeinung zu erzielen. Eine Variation von Fe oder Mn in Kombination mit einer Zr-Zugabe zeigt keinen messbaren Einfluss auf die sich einstellende Korngröße.

AB - Die vorliegende Arbeit behandelt die Kornfeinung von Zr-legierten Al-Mg-Si-Legierungen. Obwohl Legierungen dieser Klasse viele positive Eigenschaften, wie eine guten Schweißbarkeit, Festigkeit sowie hohe Verarbeitbarkeit zeigen, entsteht durch die Zugabe von Zirkonium ein sehr unvorteilhaftes, sehr grobes Gussgefüge. Aus der Literatur ist bekannt, dass Zr eine Inaktivierung des Kornfeiners hervorruft, wodurch ein enormer Anstieg der Korngröße bedingt wird. Der zu Grunde liegende Mechanismus ist bis heute noch nicht zweifelsfrei geklärt. Neben einer kritischen Betrachtung der möglichen Vorgänge in Zr-haltigen Legierungen dieser Art ist im ersten Teil dieser Arbeit eine Zusammenfassung über die Mechanismen der Erstarrung und Kornfeinung im Allgemeinen enthalten. Darauf aufbauend wurden insgesamt zwölf Versuche durchgeführt, die zum Ziel hatten, ein feinkörniges Gefüge zu erzielen. Zum einen wurde industrielles Vormaterial verwendet (EN AW-6082), welches umgeschmolzen und mit Zr legiert wurde. Zum anderen kam eine Aufbauschmelze, ausgehend von Primär-Al (99,92 Gew.-% Al), zum Einsatz, welche an die oben genannte Zusammensetzung angepasst wurde. An diesen beiden Schmelzen erfolgte die Erprobung von zwei verschiedenen Kornfeiner (Al-5Ti-1B und Al-3Ti-0,15C) mit unterschiedlichen Zugabe-Mengen. Die Ergebnisse sind im Folgenden zusammengefasst. Umgeschmolzenes industrielles Vormaterial ohne Zr zeigt, wegen der bereits erfolgten Kornfeinerbehandlung beim Hersteller, keine starke Abhängigkeit einer weiteren Zugabe von Al-5Ti-1B. Bei allen Schmelzen tritt eine starke Kornvergröberung durch die Zugabe von Zr auf. Sowohl Al-5Ti-1B als auch Al-3Ti-0,15C zeigen eine ähnlich gute Wirkung. Während es bei beiden Kornfeinern zu einer Abnahme des feinenden Effektes während eines Zeitraumes von 60 Minuten kommt, tritt dies bei dem Kohlenstoff-basierten Material ausgeprägter auf. Durch die Zugabe von elementarem Ti oder durch eine Erhöhung der Zugabe-Menge von Al-5Ti-1B ist es möglich eine ausreichende Kornfeinung zu erzielen. Eine Variation von Fe oder Mn in Kombination mit einer Zr-Zugabe zeigt keinen messbaren Einfluss auf die sich einstellende Korngröße.

KW - Aluminium-Legierungen

KW - Kornfeinung

KW - Al-Mg-Si

KW - Zr-Vergiftung

KW - TiB2

KW - TiC

KW - aluminum alloys

KW - grain refinement

KW - Al-Mg-Si

KW - Zr-poisoning

KW - TiB2

KW - TiC

M3 - Masterarbeit

ER -