Improvement of the mechanical properties of 7xxx-aluminum alloys due to the systematical design of the microstructure
Final Report Abstract
Aufgrund umfassender Untersuchungen konnten die im Antrag gestellten Ziele erfüllt werden. So konnten die Kaltverformungsmechanismen in den unterschiedlichen Legierungen und die hohe Stauchbarkeit in den Voll- und Hohlprofilen geklärt werden. Darüber hinaus konnten die bei der Untersuchung der Vollprofile gewonnenen Ergebnisse auf die Hohlprofile übertragen werden. Die Untersuchungen an den Voll-Rundprofilen in der zweiten Förderperiode haben zu einem grundlegenden Verständnis über das Verformungs- und Bruchverhalten stranggepresster und ausscheidungsgehärteter 7xxx-Legierungen geführt. Unter Zugbelastung erfolgt bei niedriglegierten 7xxx-Legierungen transkristallines Materialversagen, während 7xxx-Legierungen mit höheren Legierungsanteilen neben dem transkristallinen auch interkristallines Materialversagen entlang der Groß- und Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen. Grund hierfür ist der große Festigkeitsunterschied zwischen der weichen PFZ und dem gehärteten Korn. Diese Festigkeitsunterschiede sind in den 7xxx-Legierungen, die höhere Anteile an Zn und Cu aufweisen, größer, wodurch das plastische Fließen in den weicheren PFZ begünstigt wird. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass sich die kristallographischen Texturen bei Zugbelastungen entlang der SPR nicht verändern. Bei Druckbelastungen entlang der SPR bilden sich innerhalb der kristallographisch harten <111>-Fasern <112>-Scherbänder, wodurch die Duktilität der 7xxx-Legierungen verbessert wird. Bei fortschreitender Verformung sowie bei höheren Dehnraten rotieren die Subkörner der <001>-Fasern in <011>-Orientierung, wodurch die durch das Strangpressen induzierte <001>+<111>-Doppelfasertextur einer <112>+<011>-Textur weicht. Die mikrostrukturellen Untersuchungen der unterschiedlich gepressten Hohlprofile zeigen deutliche Unterschiede zu den Voll-Rundprofilen hinsichtlich der entstehenden Kornmorphologien und Texturen. So weisen die Hohlprofile parallel zur SPR weiterhin bevorzugt <001>- und <111>-Orientierungen auf, allerdings sind die Fasern nicht rotationssymmetrisch, sondern zeigen im Fall der dickwandigen Profile im Flachschliff eine Walztextur und im Fall der dünnwandigen definierte Pole. Im Fall der dünnwandigen Vierkant- Hohlprofile der Legierungen 7020 und 7021A liegen regellose Kornorientierungen vor, welche zu verminderten 0,5-Festigkeiten in den Druckversuchen führt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die dickwandigen Vierkant-Hohlprofile sowohl höhere Biegespannungen als auch Stauchfestigkeiten aufweisen als die dickwandigen Rund-Hohlprofile. Die dünnwandigen Hohlprofile versagten bereits bei geringen Oberflächendefekten bei geringen Spannungs- und Dehnungswerten. Untersuchungen an den kaltverformten Hohlprofilen zeigen, dass sich trotz der gegenüber der Vollrundprofilen veränderten kristallographischen Texturen, Scherbänder in den Fasern bilden, die die Duktilität der 7xxx-Legierungen steigern. Die weicheren Legierungen 7020 und 7021A weisen transkristallines Bruchverhalten auf, währen die Legierungen 7021B und 7175 auch interkristalline Brüche zeigen.
Publications
- “The influence of heat treatments on the microstructure and the mechanical properties in commercial 7020 alloys”, Materials Science and Engineering A, Vol. 626 (2015) pp 254-262
M.C. Paulisch, N. Wanderka, M. Haupt, S. Selve, I. Driehorst, W. Reimers
(See online at https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.12.040) - “The different dependencies of the mechanical properties and microstructures on hot extrusion and artificial aging processing in case of the alloys Al 7108 and Al 7175”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 233 (2016) pp 68–78
M.C. Paulisch, M. Lentz, H. Wemme, A. Andrich, I. Driehorst, W. Reimers
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2016.02.012) - “The influence of natural aging and repeated solution annealing on the microstructure and the mechanical properties of the hot extruded alloys Al 7020 and Al 7175”, Materials Science and Engineering A, Vol. 709 (2018) pp 203-213
M.C. Paulisch, A. Treff, I. Driehorst, W. Reimers
(See online at https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.10.048)
