Einfluss der Retrogressions und Reaging Behandlung auf Gefügeausbildung und Festigkeit einer AlZnMgCu Legierung

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1 Werkstoff-Kolloquium 2008 Einfluss der Retrogressions und Reaging Behandlung auf Gefügeausbildung und Festigkeit einer AlZnMgCu Legierung D. Pöschmann [1], C. Melzer [2], M. Kühlein [1], M. Schaper [3] [1] ARC Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH, Österreich [2] AMAG rolling GmbH, Ranshofen, Österreich [3] Technische Universität Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft, Deutschland

2 Retrogressions und Reaging Behandlung (RRA) 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 2

3 1. Motivation und Zielsetzung 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 3

4 1. Motivation und Zielsetzung Motivation: Neuentwicklungen in der Luftfahrt erfordern höhere Festigkeiten und vor allem Ermüdungsbeständigkeit von hochfesten Aluminiumlegierungen. Legierungszusammensetzung und Wärmebehandlung bestimmen die erzielbaren Festigkeiten der Legierungen. Das Korrosionsverhalten und die Ermüdungsbeständigkeit werden maßgeblich durch die Ausscheidungsverteilung beeinflusst. Zielsetzung: Untersuchung des Einflusses der RRA Behandlung auf die resultierende Gefügeausbildung und die mechanischen Eigenschaften einer hochfesten AlZnMgCu Legierung für die Luftfahrtindustrie. Abschätzung der Optimierung durch diese Wärmebehandlung gegenüber einer herkömmlichen T761 Behandlung. 4

5 2. Untersuchter Werkstoff 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 5

6 2. Untersuchter Werkstoff AA7475: ausscheidungshärtende hochfeste Aluminiumknetlegierung vom Typ AlZnMgCu Element Al Zn Mg Cu Cr Fe Si Ti Mn ASM [Gew. %] 88,5 91,5 5,2 6,2 1,9 2,6 1,2 1,9 0,18 0,25 max. 0,12 max. 0,10 max. 0,06 max. 0,06 Guinier-Preston-Zonen η`-phase: teilkohärente Übergangsphase basierend auf MgZn 2 η-phase: inkohärente Gleichgewichtsphase, quartäre Phase basierend auf MgZn 2 mit AlCuMg Komponenten, z.b.: Mg(Zn,Al,Cu) 2 oder Mg(Zn 2,Al,Cu) T-Phase: ternäre Gleichgewichtsphase, AlMgZn, z.b.: Mg 32 (AlZn) 49, Mg 3 Zn 3 Al 2 S-Phase: Al 2 CuMg Al 7 Cu 2 Fe, Al 3 Fe, Mg 2 Si Al 7 Cr GSCP (grain structure controlling particle) 6

7 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 7

8 3. Retrogressions und Reaging Behandlung Schematischer Temperatur-Zeitverlauf der RRA Behandlung Temperatur T6 Lösungsglühen RRA Wasser Abschrecken Retrogression Wasser Abschrecken RT Parameter der RRA Behandlungen 1. Auslagern Reaging (2. Auslagern) WB AZ Retrogression Abschrecken Reaging RRA 180 / t R T6 180 C / 5; 10; 20; 40; 90 min Wasserbad 120 C/24h RRA 205 / t R T6 205 C / 5; 10; 20; 30; 40; 90 min Wasserbad 120 C/24h RRA 220 / t R T6 220 C / 2,5; 5; 10; 20; 40 min Wasserbad 120 C/24h RRA 240 / t R T6 240 C / 2,5; 5; 10; 20 min Wasserbad 120 C/24h Zeit 8

9 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 9

10 DSC /(mw/mg) exo Temperatur 10 K/min 700 C 700 C 40 K/min 10 K/min 40 K/min -20 C -20 C 20 C Zeit [2.10] [1.10] [2.06] 1 [1.06] 0 [1.04] T761 2x AuH: 10 K/min 2x AbK: 40 K/min Temperatur / C [2.04] [1.08] [2.08] 10

11 DSC /(mw/mg) [7.04] exo Umwandlung von η` zu Zwischenstufe η 2 III Bildung der η Phase (η 1 ) III [1.04] _7475-T6.sd3 DSC [2.04] _7475_RRA_180.sd3 DSC [4.04] _7475_RRA_205.sd3 DSC [5.04] _7475_RRA_220.sd3 DSC [6.04] _7475_RRA_240.sd3 DSC [7.04] _7475_T76x-1.sd3 DSC Auflösung der η`- Phase II Auflösung der η - Phase IV [7.04] [6.04] [5.04] [4.04] [2.04] [1.04] Temperatur / C 11

12 TEM-Bilder: T761 TEM-Bilder: RRA 180/20 TEM-Bilder: T6 12

13 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 13

14 Härtewert [HB] C 205 C 220 C 240 C AA7475 T6 Leitfähigkeit [MS/m ] C 205 C 220 C 240 C AA7475 T Retrogression Zeit [min] Retrogression Zeit [min] Entwicklung der Härte nach dem Wiederauslagern über der Dauer der Retrogression bei verschiedenen Temperaturen Entwicklung der elektrischen Leitfähigkeit nach dem Wiederauslagern über der Dauer der Retrogression bei verschiedenen Temperaturen 14

15 el. Leitfähigkeit [MS/m] RRA 180 C RRA 205 C RRA 220 C RRA 240 C T761-A T761-L T6 T Härtewert [HB] Härte und elektrische Leitfähigkeit in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen sowie nach RRA Behandlungen 15

16 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 16

17 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit Spannungsamplitude [MPa] σa (Pü=50%) =C 1 +(C 2 -C 1 )/exp((logn/c 3 )^C 4 ) Durchläufer T761-A T6 T761-L RRA 205 RRA 180 T761-A Pü50% T6 Pü50% T761-L Pü50% RRA 205 Pü50% RRA 180 Pü50% 50 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 Schwingspielzahl Vergleich der Schwingfestigkeit der Legierung 7475 in verschiedenen Wärmebehandlungszuständen (DIN EN 6072) Probekörper Typ 1 AA7475 L-T K t = 1,0 R = 0,1 f = 72 Hz T = RT Laborluft 17

18 5. Zusammenfassung 1. Motivation und Zielsetzung 2. Untersuchter Werkstoff 3. Retrogressions und Reaging Behandlung 4. Ausgewählte Ergebnisse 4.3 Auswirkung der RRA auf die Schwingfestigkeit 5. Zusammenfassung 18

19 5. Zusammenfassung Mit geeigneten Parametern der RRA kann die Festigkeit von T6 erreicht werden, verbunden mit einer Gefügeausbildung ähnlich nach einer T761 - Behandlung. Vereinigt die Eigenschaften hohe Festigkeit mit hohem Widerstand gegen Spannungsrisskorrosion. Gefüge nach der RRA Behandlung: fein verteilte η - Ausscheidungen im Korninneren, ähnlich T6 separierte η Ausscheidungen an den Korngrenzen, ähnlich T761 Die RRA Behandlung besitzt einen geringeren Einfluss auf die Schwingfestigkeit. 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 20