TY - BOOK

T1 - Optimierung von Aluminium-Knetlegierungen der 7xxx-Serie

AU - Kolb, Gernot

N1 - nicht gesperrt

PY - 2017

Y1 - 2017

N2 - Stetig steigende Anforderungen hinsichtlich der Verbesserung von Produkteigenschaften sowie einer nachhaltigen Produktion verlangen von der Aluminiumindustrie laufend Innovationen und Entwicklungen zur Verringerung der Kosten und der Energieaufwendung in der Produktion. Im Besonderen sind die Wärmebehandlungen von Aluminium-Knetlegierungen der AlZnMg(Cu)-Serie (7xxx) aufgrund des notwendigen aufwändigen Wärmebehandlungsprozesses ein zeit-, energie- und damit kostenintensiver Prozess. Um konkurrenzfähig zu bleiben, dürfen sowohl die Legierungen in ihrer Konstitution, als auch die Wärmebehandlungen, welche einen Einsatz der Legierungen erst ermöglichen, in ihrer Entwicklung nicht stehen bleiben, sondern müssen weiter optimiert werden. Konventionell wird zur Erreichung der geforderten Ansprüche an die mechanischen Eigenschaften bei 7xxx-Legierungen nach dem Umformen lösungsgeglüht, mit Wasser rasch abgeschreckt, gereckt und abschließend warmausgelagert. Aus der Literatur der Luftfahrtbranche ist bekannt, dass zwei fundamental wichtige Materialeigenschaften von besonderer Bedeutung sind: Festigkeit und Zähigkeit. Da die Lebensdauer von Bauteilen in der Luftfahrt mit Rissfortschritt und Ermüdung, also hoher Zähigkeit, definiert werden, zugleich aber das Gewicht der Fahrzeuge (Flugzeug, Helikopter etc.) so gering wie möglich und daher die Festigkeit bei gleichem Werkstoff (Aluminium) ein Optimum erreichen soll, sind es diese zwei Eigenschaften, die miteinander verknüpft werden müssen. Bis zu einem gewissen Grad ist das durch konventionelle Wärmebehandlungen gegeben. In dieser Arbeit erfolgte einerseits eine Untersuchung des Wärmebehandlungskonzeptes des „Interrupted Quenchings“ (I.Q.) und dessen Auswirkung auf die mechanischen Kennwerte für Luftfahrtplatten im 7xxx-Legierungssystem, andererseits wurden fünf neue Werkstoffe auf Basis von Literatur, Patenten und unter Verwendung von CALPHAD-Tools (CALculation of PHAse Diagrams) in Anlehnung an die Legierung EN-AW-7050 generiert. Es kamen thermische Analysen zur Bestimmung der Phasenauflösungs- und Schmelztemperaturen zum Einsatz. Weiters erfolgte ein Vergleich dieser Ergebnisse mit berechneten Phasendiagrammen, die mittels FactSage®, MatCalc und Pandat™ erzeugt wurden. Die erhaltenen Daten dienten zur Einstellung der notwendigen sowie limitierenden Temperaturen während des Homogenisierens zum Zwecke der gleichmäßigen Elementverteilung. Zur Beurteilung von Gefügebestandteilen fanden dazu Differentialkalorimetrie, licht- als auch elektronenmikroskopische Methoden Anwendung. Die Auswirkung von verschiedenen Gehalten an Legierungselementen und der Homogenisierungsbehandlung stand im Zentrum dieser Untersuchungen. Die Licht- und Rasterelektronenmikroskopbilder geben einen Einblick in das Gefüge der Legierungen bei der Herstellung.

AB - Stetig steigende Anforderungen hinsichtlich der Verbesserung von Produkteigenschaften sowie einer nachhaltigen Produktion verlangen von der Aluminiumindustrie laufend Innovationen und Entwicklungen zur Verringerung der Kosten und der Energieaufwendung in der Produktion. Im Besonderen sind die Wärmebehandlungen von Aluminium-Knetlegierungen der AlZnMg(Cu)-Serie (7xxx) aufgrund des notwendigen aufwändigen Wärmebehandlungsprozesses ein zeit-, energie- und damit kostenintensiver Prozess. Um konkurrenzfähig zu bleiben, dürfen sowohl die Legierungen in ihrer Konstitution, als auch die Wärmebehandlungen, welche einen Einsatz der Legierungen erst ermöglichen, in ihrer Entwicklung nicht stehen bleiben, sondern müssen weiter optimiert werden. Konventionell wird zur Erreichung der geforderten Ansprüche an die mechanischen Eigenschaften bei 7xxx-Legierungen nach dem Umformen lösungsgeglüht, mit Wasser rasch abgeschreckt, gereckt und abschließend warmausgelagert. Aus der Literatur der Luftfahrtbranche ist bekannt, dass zwei fundamental wichtige Materialeigenschaften von besonderer Bedeutung sind: Festigkeit und Zähigkeit. Da die Lebensdauer von Bauteilen in der Luftfahrt mit Rissfortschritt und Ermüdung, also hoher Zähigkeit, definiert werden, zugleich aber das Gewicht der Fahrzeuge (Flugzeug, Helikopter etc.) so gering wie möglich und daher die Festigkeit bei gleichem Werkstoff (Aluminium) ein Optimum erreichen soll, sind es diese zwei Eigenschaften, die miteinander verknüpft werden müssen. Bis zu einem gewissen Grad ist das durch konventionelle Wärmebehandlungen gegeben. In dieser Arbeit erfolgte einerseits eine Untersuchung des Wärmebehandlungskonzeptes des „Interrupted Quenchings“ (I.Q.) und dessen Auswirkung auf die mechanischen Kennwerte für Luftfahrtplatten im 7xxx-Legierungssystem, andererseits wurden fünf neue Werkstoffe auf Basis von Literatur, Patenten und unter Verwendung von CALPHAD-Tools (CALculation of PHAse Diagrams) in Anlehnung an die Legierung EN-AW-7050 generiert. Es kamen thermische Analysen zur Bestimmung der Phasenauflösungs- und Schmelztemperaturen zum Einsatz. Weiters erfolgte ein Vergleich dieser Ergebnisse mit berechneten Phasendiagrammen, die mittels FactSage®, MatCalc und Pandat™ erzeugt wurden. Die erhaltenen Daten dienten zur Einstellung der notwendigen sowie limitierenden Temperaturen während des Homogenisierens zum Zwecke der gleichmäßigen Elementverteilung. Zur Beurteilung von Gefügebestandteilen fanden dazu Differentialkalorimetrie, licht- als auch elektronenmikroskopische Methoden Anwendung. Die Auswirkung von verschiedenen Gehalten an Legierungselementen und der Homogenisierungsbehandlung stand im Zentrum dieser Untersuchungen. Die Licht- und Rasterelektronenmikroskopbilder geben einen Einblick in das Gefüge der Legierungen bei der Herstellung.

KW - 7xxx

KW - Al-Zn-Mg-Cu

KW - Interrupted Quenching

KW - I.Q.

KW - alloy design

KW - CALPHAD

KW - Differential Scanning Calorimetry

KW - DSC

KW - 7xxx

KW - Al-Zn-Mg-Cu

KW - Interrupted Quenching

KW - I.Q.

KW - alloy design

KW - CALPHAD

KW - Differential Scanning Calorimetry

KW - DSC

M3 - Dissertation

ER -