TY - THES

T1 - Walzplattieren von Magnesium-Aluminium-Verbunden

AU - Schlögl, Carina

N1 - gesperrt bis null

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Die drei bekanntesten Leichtmetalle sind Aluminium, Titan und Magnesium. Jedes dieser Metalle hat für sich gesehen Vor- und Nachteile und wird den Anwendungsanforderungen und Marktbedingungen entsprechend ausgewählt und eingesetzt. Viele der gegenwertigen Konstruktionsansprüche stoßen dabei jedoch an die Grenzen der Eigenschaftsprofile einzelner Werkstoffe. Eine Möglichkeit diese stoffgebundenen Einschränkungen zu überwinden liegt in der Ausnutzung des Synergieeffekts von gezielt optimierten Werkstoffverbunden. Hierbei bietet sich das ökonomisch sinnvolle und technologisch umsetzbare Walzplattieren von Aluminium und Magnesium an. Das chemisch weitgehend inerte Aluminium schützt dabei das schnell oxidierende Magnesium vor Umgebungseinflüssen und damit einhergehenden Korrosionsangriffen. Das um rund 30 % leichtere Magnesium hat auf Grund seiner hexagonalen Kristallstruktur divergente Eigenschaften zu dem kubisch flächenzentrierte Aluminium. Beispielsweise kann Magnesium erst bei erhöhten Temperaturen (> 225 °C) plastisch verformen. Dem gegenüber steht das kubisch flächenzentrierte Aluminium, dem schon bei Raumtemperatur genügend Gleitsysteme zur plastischen Verformung zur Verfügung stehen. Die vorliegende Arbeit zeigt alle Arbeitsschritte zur Herstellung eines Plattierverbundes aus der handelsüblichen Magnesiumlegierung AZ31 und der Aluminiumlegierung Al1050 auf und ermöglicht es mittels Parameterstudie die optimalen Herstellungsbedingungen für diesen Verbundwerkstoff festzulegen. Zu den analysierten Parametern zählen dabei die Vorwärmtemperatur, die Umformtemperatur, die Stichabnahme und die damit einhergehende Walzkraft, sowie die Oberflächenvorbehandlung der einzelnen Blechwerkstoffe. Ergänzt werden die optimierten Herstellungsparameter durch Betrachtungen bezüglich der eingesetzten Schmierstoffe und anderer relevanten Randbedingungen. Die Beurteilung der Plattierung erfolgt dabei anhand unterschiedlichster Charakteristika. Aufschluss über die Qualität des Verbundes geben beispielsweise die zur Trennung der beiden Plattierpartner notwendige Kraft (quantifiziert in Abschälversuchen) oder die Widerstandsfähigkeit eines Verbundes gegen Delamination (untersucht im Hin- und Herbiegeversuchen). Dabei haben vor allem der Aufbau und die Zusammensetzung der Verbundschicht (Verbindungszone) zwischen den Walzplattierpartnern enormen Einfluss auf den Plattiererfolg und die Eigenschaften des gewonnenen Verbundes. Zur Analyse dieser Grenzschicht dienen Licht-, Konvokal-, Rasterelektronenmikroskopaufnahmen und Mikrohärteverläufe. Im letzten Teilgebiet der vorliegenden Arbeit, wird der unter den optimalen Herstellungsparametern erzeugte Werkstoffverbund auf seine mechanischen bzw. thermomechanischen Kennwerte hin untersucht und dessen Umformverhalten analysiert. Mit Augenmerk auf spätere Anwendungsgebiete erfolgt die Festlegung der optimalen Umformparameter für die Halbzeugherstellung aus Magnesium-Aluminium-Verbunden.

AB - Die drei bekanntesten Leichtmetalle sind Aluminium, Titan und Magnesium. Jedes dieser Metalle hat für sich gesehen Vor- und Nachteile und wird den Anwendungsanforderungen und Marktbedingungen entsprechend ausgewählt und eingesetzt. Viele der gegenwertigen Konstruktionsansprüche stoßen dabei jedoch an die Grenzen der Eigenschaftsprofile einzelner Werkstoffe. Eine Möglichkeit diese stoffgebundenen Einschränkungen zu überwinden liegt in der Ausnutzung des Synergieeffekts von gezielt optimierten Werkstoffverbunden. Hierbei bietet sich das ökonomisch sinnvolle und technologisch umsetzbare Walzplattieren von Aluminium und Magnesium an. Das chemisch weitgehend inerte Aluminium schützt dabei das schnell oxidierende Magnesium vor Umgebungseinflüssen und damit einhergehenden Korrosionsangriffen. Das um rund 30 % leichtere Magnesium hat auf Grund seiner hexagonalen Kristallstruktur divergente Eigenschaften zu dem kubisch flächenzentrierte Aluminium. Beispielsweise kann Magnesium erst bei erhöhten Temperaturen (> 225 °C) plastisch verformen. Dem gegenüber steht das kubisch flächenzentrierte Aluminium, dem schon bei Raumtemperatur genügend Gleitsysteme zur plastischen Verformung zur Verfügung stehen. Die vorliegende Arbeit zeigt alle Arbeitsschritte zur Herstellung eines Plattierverbundes aus der handelsüblichen Magnesiumlegierung AZ31 und der Aluminiumlegierung Al1050 auf und ermöglicht es mittels Parameterstudie die optimalen Herstellungsbedingungen für diesen Verbundwerkstoff festzulegen. Zu den analysierten Parametern zählen dabei die Vorwärmtemperatur, die Umformtemperatur, die Stichabnahme und die damit einhergehende Walzkraft, sowie die Oberflächenvorbehandlung der einzelnen Blechwerkstoffe. Ergänzt werden die optimierten Herstellungsparameter durch Betrachtungen bezüglich der eingesetzten Schmierstoffe und anderer relevanten Randbedingungen. Die Beurteilung der Plattierung erfolgt dabei anhand unterschiedlichster Charakteristika. Aufschluss über die Qualität des Verbundes geben beispielsweise die zur Trennung der beiden Plattierpartner notwendige Kraft (quantifiziert in Abschälversuchen) oder die Widerstandsfähigkeit eines Verbundes gegen Delamination (untersucht im Hin- und Herbiegeversuchen). Dabei haben vor allem der Aufbau und die Zusammensetzung der Verbundschicht (Verbindungszone) zwischen den Walzplattierpartnern enormen Einfluss auf den Plattiererfolg und die Eigenschaften des gewonnenen Verbundes. Zur Analyse dieser Grenzschicht dienen Licht-, Konvokal-, Rasterelektronenmikroskopaufnahmen und Mikrohärteverläufe. Im letzten Teilgebiet der vorliegenden Arbeit, wird der unter den optimalen Herstellungsparametern erzeugte Werkstoffverbund auf seine mechanischen bzw. thermomechanischen Kennwerte hin untersucht und dessen Umformverhalten analysiert. Mit Augenmerk auf spätere Anwendungsgebiete erfolgt die Festlegung der optimalen Umformparameter für die Halbzeugherstellung aus Magnesium-Aluminium-Verbunden.

KW - Walzplattieren

KW - Magnesium

KW - Aluminium

KW - Prozessoptimierung

KW - roll cladding

KW - magnesium

KW - aluminium

M3 - Diplomarbeit

ER -