Untersuchung der dynamischen und statischen Rekristallisations- und Erholungsvorgänge von AA6082 Aluminium Stranggepresst

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1 2009 Untersuchung der dynamischen und statischen Rekristallisations- und Erholungsvorgänge von AA6082 Aluminium Stranggepresst Bachelorarbeit von Michael Hauser TU Wien

2 Bachelorarbeit Untersuchung der dynamischen und statischen Rekristallisations- und Erholungsvorgänge von AA6082 Aluminium Stranggepresst ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades eines Bachelor of Science unter der Betreuung von Dr. Cecilia Poletti Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie eingereicht an der Technischen Universität Wien Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften von Michael Hauser (E ) Rathausplatz Traisen Wien, im August 2009 Michael Hauser Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 2 von 88

3 Vorwort Die Forderung nach größtmöglicher Wirtschaftlichkeit macht die Gestaltung und Konstruktion von leichten Produkten unumgänglich. Sei es bei bewegten Gütern wo hohe Massen zu hohen Beschleunigungskräften und somit zu hohen Energieverbrauch führen, oder überhaupt zur Erreichung der gewünschten Funktion. Ein Flugzeug zum Beispiel würde ohne Einsatz von Aluminium niemals abheben. Damit verbunden sind einerseits exakte ingenieursmäßige Berechnungsmethoden, die unnötigen Materialzugaben wegen Unsicherheiten vermeiden lassen, aber auch die Forschung von Leichtbaumaterialen. Eines das am häufigsten verwendete metallische Leichtbaumaterial ist wohl Aluminium in den unterschiedlichsten Legierungen. Durch diese Arbeit möchte ich nun die Literatur bzw. die Forschung rund um den Werkstoff Aluminium erweitern. Vorerst möchte ich mich aber bei folgenden Personen für die tatkräftige Unterstützung bedanken: Frau Dr. Cecilia Poletti für die Unterstützung im Labor Frau Petra Steininger für die Unterstützung in allen Belangen Alle Angaben nach bestem Wissen ermittelt und protokolliert, aber ohne Gewähr! Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 3 von 88

4 Inhaltsverzeichnis 1. Abstract Der Werkstoff Aluminium Was ist Aluminium? Eigenschaften von reinem Aluminium Gewinnung von Aluminium Aluminiumlegierungen Allgemeines AlMgSi Legierung Erholung und Rekristallisation Erholung Rekristallisation Werkstoffbkennzeichnung Mikroskopie Lichtmikroskopische Untersuchungen EBSD Umformung von Aluminiumwerkstoffen Einige Merkmale Verfahrensarten bei der Umformung Klassifizierung nach Kraftwirkungen Kalt-, Halbwarm-, Warmumformung Fließkurven Experimentell Werkstoff Betrachten des Lieferzustandes im Lichtmikroskop Bearbeiten der Probe Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 4 von 88

5 Zuschneiden Polieren Ätzen Kaltverformung Wärmebehandlung Warmverformung EBSD- Untersuchungen Lichtmikroskopische Untersuchungen Zener - Hollomon Ergebnisse AA6082 im Lieferzustand Kaltverformung Warmverformung EBSD Untersuchungen Lieferzustand Daten der Proben Abbildungen der Proben Diagramme Kaltverformt und wärmebehandelt Abbildungen der Proben Daten der Proben Diagramme Warmverformt Abbildungen der Proben Daten der Proben Diagramme Lichtmikroskopische Untersuchungen Zener Hollomon Korrelation Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 5 von 88

6 4.6.1 Subkorndurchmesser Korndurchmesser Zusammenfassung und Diskussion Arbeitsablauf Ergebnisse Korngrößen Ergebnisse Druckversuche Zener Hollomon Korrelation Glossar und Abkürzungen Verzeichnisse Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Diagrammverzeichnis Formeln Anhang Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramme Ordner auf der CD Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 6 von 88

7 1. Abstract Ziel der Arbeit ist es, die unterschiedlichen Gefügestrukturen und Gefügeänderungen von AA6082 Aluminium bei verschiedenen Temperaturen, Dehnungen und Dehnraten zu bestimmen. Weiters soll ein Modell für die Korn- und Subkorngröße ermittelt werden, um die Verformungsmechanismen zu analysieren. Bei diesem Modell soll eine Korrelation zwischen den Korn- und Subkorndurchmessern und der Temperatur bzw. der Dehngeschwindigkeit gefunden werden. Es drängt sich natürlich die Frage auf, welchen Nutzen nun diese Untersuchungen mit sich bringen. Denken wir uns einen Schmiedebauteil. Bei der Formgebung treten verschiedene Stauchungen (Dehnungen) und Stauchgeschwindigkeiten (Dehngeschwindigkeiten) auf. Weiters ist auch die Temperatur im Bauteil nicht homogen. Die Gefügestrukturen wiederum bestimmen die Festigkeit des Bauteils. Das heißt, wird ein Bauteil in einem Abschnitt oder an einer Stelle schneller oder langsamer, mehr oder weniger bzw. bei höherer oder niedrigerer Temperatur verformt als an einer Anderen so stellen sich auch dementsprechend andere mechanische Eigenschaften ein. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 7 von 88

8 2. Der Werkstoff Aluminium 2.1 Was ist Aluminium? Aluminium ist das nach Stahl am häufigsten verwendete Metall. Es kann in vielfältigster Weise eingesetzt werden, vor allem dort wo geringes Gewicht notwendig oder wünschenswert ist. Sandwichbauteile mit Aluminium als Deckschicht stellen einen sehr guten Leichtbauträger da. Aluminium befindet sich in der dritten Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente mit der Ordnungszahl 13 und der relativen Atommasse 26,9815. Aluminium kristallisiert kubisch- flächenzentriert. Aluminium ist heute mit einer Reinheit von 99,9996 herstellbar. Es wird in Reinaluminium (99,0-99,9%) und Reinstaluminium (>99,99% für Masseln und >99,98% für Halbzeug) unterschieden. [2] Kennzeichnung: Reinaluminium: Al und den Aluminiummassenanteil in Prozent, z.b.: Al99,3. Reinstaluminium: Bezeichnung mit Zusatz R, z.b.: Al99,99R. [2] 2.2 Eigenschaften von reinem Aluminium Folgende Eigenschaften beziehen sich auf Al99,99 bei 20 C. Eigenschaft Bezeichnung Bemerkung Chem. Symbol Al Gitterkonstante 0,40496 Nm Elastizitätsmodul 66,6 GPa Schubmodul 25,0 GPa Schmelztemperatur 660,2 C Siedetemperatur ~2500 C Dichte Kleinster Atomabstand 2,6989 0,28635 g/cm³ nm Tabelle 2.1: Physikalische Eigenschaften von Aluminium [2] Die Dichte liegt je nach Temperatur zwischen 2,6 und 2,8 g/cm³ und somit gehört Aluminium zu den Leichtmetallen. Aluminium ist auch elektrisch Leitfähig und wird deshalb auch in der Elektronik eingestezt. Die folgende Tabelle zeigt einige mechanische Kennwerte: Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 8 von 88

9 Mechanischer Kennwert Betrag und Einheit Streckgrenze R p0,2 9,81 bis 98,1 MPa Zugfestigkeit R m 39 bis 117,7 MPa Bruchdehnung A 10 1 bis 45 % Brucheinschnürung Z 85 bis 99 % Brinelhärte HB Tabelle 2.2: mechanische Kennwerte von Reinaluminium [2] 2.3 Gewinnung von Aluminium Es wird grundsätzlich in Primäraluminium und Sekundäraluminium unterschieden. Unter Primäraluminium versteht man neu erzeugtes Aluminium und Sekundäraluminium bezeichnet jenes Aluminium, dass durch schmelzen von Schrott Recycelt wird. Aluminiumgewinnung: Aluminium wird heute weltweit in einem zweistufigen Prozess erzeugt, siehe Abbildung 2.1. Prozess 1: Zuerst wird aus dem Rohstoff reines Aluminiumoxid isoliert. Meistens wird das Oxid aus Bauxit nach dem Bayer Verfahren gewonnen. Dies geschieht durch Aufschluss des Rohstoffes mit aluminiumhaltiger Natronlauge (NaOH) und Fällung von Aluminiumoxid [Al(OH) 3 ] aus der Lösung durch Impfkristallisation. [2] Prozess 2: In der Aluminiumhütte erfolgt die Gewinnung des Metalls durch Schmelzflusselektrolyse des in einer Kryolithschmelze gelösten reinen Oxids nach dem Hall Heroult Prinzip. [2] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 9 von 88

10 4-5 t Bauxit kg Bauxit GJ thermische Energie Bayer-Prozess (Oxidfabrik) 2 t Aluminiumoxid 1-2 t Rotschlamm 0,5 t Petrolkoks Ersatz von Schmelzmittelverlusten MWh elektrische Energie Elektrolyse (Aluminiumhütte) 1 t Aluminium Abbildung 2.1: Einsatzstoffe und Prozessschema für die elektrolytische Aluminiumgewinnung [2] 2.4 Aluminiumlegierungen Allgemeines Die Eigenschaften von Aluminium hängen unter anderem von den Legierungselementen ab. Diese sind entweder zufällig vorhanden (Verunreinigung) oder bewusst zugesetzt. Legierungen sind definierte Stoffe, die mindestens ein metallisches Element enthalten und insgesamt metallisches Verhalten zeigen. [2] In Tabelle 2.3 sind verschiedene Legierungselemente, Verunreinigungen und Spurenzusätze aufgelistet. Hauptlegierungselemente Verunreinigungen und Zusätze Spurenzusätze Kupfer (Cu) Eisen (Fe) Beryllium (Be) Silizium (Si) Chrom (Cr) Bor (B) Magnesium (Mg) Titan (Ti) Natrium (Na) Zink (Zn) Nickel (Ni) Strontium (Sr) Mangan (Mn) Kobalt (Co) Antimon (Sb) Silber (Ag) Tabelle 2.3: Legierungselemente [2] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 10 von 88

11 Aus diesen Elementen ist natürlich eine Vielzahl von Aluminiumlegierung ableitbar. Grundsätzlich gibt es zwei Unterscheidungsarten der Aluminiumlegierungen: 1. Aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen Bei diesen Legierungen wird die Festigkeitssteigerung durch Wärmebehandlung erreicht wird. Bei nicht aushärtbaren (naturharten) Legierungen erfolgt die Festigkeitssteigerung nur durch die Legierungselemente oder Kaltverfestigung. [2] 2. Knet- und Gusslegierungen Dies sind jene Legierungen die vor allem durch Umformen (Walzen, Strangpressen) bearbeitet werden. Bei Gusslegierungen erfolgt die Formgebung bereits beim Gießen. [2] Da in dieser Arbeit die Aluminium Magnesium Silizium Legierung verwendet wird, wird im folgenden Abschnitt auf diese etwas näher eingegangen AlMgSi Legierung Diese Legierungen sind über die Phase Mg2Si aushärtbar. Der technisch interessante Zusammensetzungsbereich liegt in den Grenzen 0,30% bis 1,5% Mg; 0,20% bis 1,6% Si, neben 0% bis 1% Mn und 0% bis 0,35% Cr. Das entspricht etwa 0,40% bis 1,6% Mg2Si und einem wechselnden Anteil an freiem Si bzw. Mg. Manche Legierungen liegen nahe dem quasibinären Schnitt (stöchiometrische Zusammensetzung). Es ist aber auch ein deutlicher Si- oder Mg- Überschuss möglich (siehe Diagramm 2.2). Dadurch kann der Mg2Si Gehalt und somit der Festigkeitswert verändert werden, Diagramm 2.2 für den Zustand warmausgehärtet ersichtlich ist. Durch einen Si- Überschuss kann eine Steigerung der Zugfestigkeit im Vergleich zur stöchiometrischen Zusammensetzung erzielt werden. Auch ein Mg- Überschuss wirkt festigkeitssteigernd, jedoch schwächer, weil überschüssiges Mg die Löslichkeit von Mg2Si sinken lässt. [2] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 11 von 88

12 Diagramm 2.1: Zusammensetzung einiger AlMgSi- Legierungen [2] Diagramm 2.2: Einfluss von Mg 2 Si auf die Zugfestigkeit [2] a: Stöchiometrische Zusammensetzung; b: 0,3% Mg- Überschuss; c: 0,3% Si- Überschuss durchgezogene Linie: sofort nach dem Abschrecken warmausgelagert bei 160 C unterbrochene Linie: nach 24 h Zwischenauslagerung bei 20 C, danach warmausgelagert bei 160 C 2.5 Erholung und Rekristallisation Erholung Bei der Erholung kommt es zu Platzwechselvorgängen von Atomen und Leerstellen. Dadurch werden Leerstellen besetzt. Bei der Erholung sind keine Gefügeänderungen Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 12 von 88

13 im Lichtmikroskop ersichtlich. Es werden Subkörner gebildet. Die Subkorngrenzen werden durch Zusammenlagern von Versetzungen in Wänden übereinander gebildet. Die Subkörner können auch zu wachsen beginnen. Allerdings werden die Versetzungen kaum ausgelöscht sondern nur günstiger angeordnet, somit verringert sich die Fehlerdichte kaum. [2] Ist ein Gefüge jedoch vollständig erholt, kann keine Rekristallisation mehr eintreten, siehe Abbildung 2.2. Abbildung 2.2: Vorgänge bei der Erholung und Rekristallisation [5] Rekristallisation Im Gegensatz zur Erholung passiert bei der Rekristallisation vollständige Umkristallisation des Werkstoffes. Diese Umkristallisation beginnt mit der Bildung neuer Kristallkeime an den bei der Kaltverfestigung am stärksten Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 13 von 88

14 gestörten Stellen des Kristallgitters. Diese Keime wachsen solange, bis sie mit Benachbarten zusammenstoßen. Für den Ablauf der Rekristallisation sind die nachfolgenden Faktoren besonders maßgebend. [2] 1. Umformgrad Umso größer die vorangegangene Kaltverformung, umso größer ist auch das Bestreben zur Rekristallisation. [2] 2. Begleitelemente Legierungszusätze und Beimengungen beeinflussen zum Teil sehr stark die Rekristallisationstemperatur. Zusätze wie zum Beispiel Mn oder Cr erhöhen diese. [2] 3. Gießverhalten Legierungs- und Verunreinigungsgelemente stellen eine wirksame Rekristallisationshemmung dar, da sie im Gusszustand in übersättigter Form vorliegen. [2] 4. Thermisch mechanische Vorgeschichte Somit weist nicht geglühtes Material ein günstigeres Entfestigungsverhalten auf als konventionelle bzw. geglühte Gießwalzbänder. [2] 2.6 Werkstoffbkennzeichnung In folgende Bezeichnungen wird unterschieden: 1. Bezeichnung nach Herkunft oder Reinheit 1.1 Hüttenaluminium 1.2 Reinstaluminium 1.3 Reinaluminium 1.4 Reinaluminium U 1.5 Sekundäraluminium 2. Bezeichnung von Verarbeitung und Lieferform 2.1 Knetwerkstoffe 2.2 Gusswerkstoffe 2.3 Vorlegierungen 2.4 Blockmetalle 3. Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 14 von 88

15 3.1 Zusammensetzung 3.2 Werkstoffzustand 4. Numerisches Bezeichnungssystem mit Werkstoffnummern 4.1 Bezeichnung nach DIN 17007, Teil Bezeichnung nach DIN EN 5. Bezeichnung nach Aushärtbarkeit 5.1 Nicht aushärtbare Legierungen 5.2 Aushärtbare Legierungen 6. Bezeichnung nach der Anwendung 6.1 Werkstoffe mit bester Spanbarkeit 6.2 Werkstoffe für elektrische Leitzwecke 6.3 Glänzwerkstoffe 6.4 Schweißzusatzwerkstoffe 6.5 Hartlote 6.6 Kolbenlegierungen 6.7 Lagerlegierungen 6.8 Werkstoffe für den Automobilbau 6.9 Vorlegierungen 6.10 Sinterwerkstoffe 7. Werkstoffauswahl für Sonderzwecke 7.1 Hochbau 7.2 Schiffbau 7.3 Druckbehälterbau 7.4 Flugzeugbau 7.5 Sonderqualitäten Aus [2], wo auch weitere Details zu finden sind. Auf 4.2 Bezeichnung nach DIN EN wird im Folgenden etwas näher eingegangen: Meistens unterscheiden sich die Bezeichnungen nur in den Vorsatzbuchstaben. Im internationalen Legierungsregister und nach ISO 209 sind keine Kennbuchstaben enthalten; in der EN- Norm wird mit EN A + Kennbuchstabe gekennzeichnet (zum Beispiel EN AW für Europäische Norm Aluminium Wrought alloys/knetlegierungen). Nach Amerikanischer Norm gekennzeichnete Legierungen erhalten den Vorsatz AA (Aluminium Association). [2] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 15 von 88

16 DIN EN DIN ISO EN AW-6060/ EN AW- AlMgSi Int. Legierungsregister / AlMgSi0,5 6060/AlMgSi 6060 AA 6060 Tabelle 2.4: Beispiel für die Umschlüsselung der Legierungsnummern [2] AA 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx Reihe Legierungstyp Reinaluminium Al + Cu (Mg, Pb, Bi) Al + Mn (Mg) Al + Si Al + Mg (Mn) Al + Mg + Si Al + Zn + (Mg) + (Cu) Al + Elemente, die in den anderen Gruppen nicht erfasst sind Tabelle 2.5: Bezeichnungen von Aluminium und Aluminiumknetlegierungen für Halbzeug nach DIN EN [2] 2.7 Mikroskopie Lichtmikroskopische Untersuchungen Bei Gefügeuntersuchungen von Metallen sind mikroskopische Untersuchungen nicht wegzudenken. Die Proben müssen vorher geschliffen und poliert werden, da die lichtmikroskopische Untersuchung im Auflicht erfolgt. Bei der qualitative Gefügeanalyse ist eine Erkennung des Gefüges in seinen Ausbildungsformen, sowie der Aufdeckung von Fehlern möglich. Oft ist ein Metallmikroskop mit Fotokamera ausgestattet. [2] Die Aufgabe der quantitativen Gefügeanalyse besteht in der Messung bestimmter Gefügemerkmale, wie zum Beispiel der Korngröße. Die Messungen können direkt an der Probe im Lichtmikroskop oder an fotografischen Gefügeaufnahmen erfolgen. [2] EBSD Mittels Electron backscatter diffraction (EBSD) kann die Struktur von Kristallen analysiert werden. Diese werden meist in Verbindung mit Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 16 von 88

17 Rasterelektronenmikroskopen oder Transmissionselektronenmikroskopen verwendet. Funktionsweise: Ein einfallender Primärelektronenstrahl wird unelastisch an den Atomen der Probe gestreut und so entsteht eine divergente Quelle in der Probe. Wenn nun der eintreffende Elektronenstrahl beim Eintreffen auf die Gitterfläche die Bragg-Bedingung erfüllt ist, so kommt es zu Verstärkung. Dies geschieht nun für alle Gitterflächen im Kristall, sodass das entstehende Beugungsbild alle Winkelbeziehungen im Kristall beinhaltet. [1] Abbildung 2.3: EBSD Abbildung [1] 2.8 Umformung von Aluminiumwerkstoffen Einige Merkmale 1. Inkompressibilität Diese ist sehr gering und kann vernachlässigt werden. [3] 2. Faserverlauf Werkstoffvolumina werden nur verdrängt, somit bleibt der Faserverlauf bei der Umformung ungestört. [3] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 17 von 88

18 Abbildung 2.4: Faserverlauf [3] 3. Kaltverfestigung Hierbei spielt die Wanderung von Versetzungen eine entscheidende Rolle, die als eindimensionale Gitterfehler ein räumliches Versetzungsnetzwerk bilden. Erschwert wird die Quergleitung der Schraubenversetzungen bei einer Aufspaltung in Halbversetzungen. Je weiter die Versetzungen aufgespalten sind, desto größer ist die Einschränkung der Quergleitung. [3] Diagramm 2.3: Änderung der Versetzungsdichte bei der Umformung [3] 4. Dynamische und statische Entfestigung Entscheidend Entfestigungsvorgänge ist der Abbau der erhöhten gespeicherten Energie. Die Entfestigung beginnt mit einer Verringerung der punktförmigen Gitterfehler. Dies kann bereits während der Umformung (dynamisch) oder erst nach der Umformung (statisch) erfolgen. Bestimmt werden die Vorgänge durch Erholung und Rekristallisation. Die Erholung führt nur zu einer teilweisen Wiederherstellung der Eigenschaften durch Ausbildung nulldimensionaler Gitterfehler und Annihilation einzelner Versetzungen. Bei der Rekristallisation findet eine Gefügeneubildung durch Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 18 von 88

19 Wanderung von Großwinkelkorngrenzen statt. Bei diesem fortwährenden Prozess werden die Gitterfehler ausgeheilt. Bei vollständiger Rekristallisation ist die Umformverfestigung restlos abgebaut. Nach der Rekristallisation kommt das Kornwachstum. [3] Verfahrensarten bei der Umformung Aufgrund der Realstruktur- und Gefügeänderungen, die bei der Umformung entstehen, verändern sich der Elastizitätsmodul, die spezifische Wärmekapazität und auch im gewissen Sinne die Dichte. [3] Klassifizierung nach Kraftwirkungen Ziel der Umformung ist eine bleibende Gestaltsänderung. Dabei wird gleichzeitig die Struktur, das Gefüges und der Eigenschaften des Werkstoffes beeinflusst. Eine besondere Bedeutung hat hier das Druckumform- und das Zug- Druckumformverfahren, da die Kräfte günstiger aufgebracht werden. Bei Letzteren ist der Umformgrad begrenzt. Die Kräfte werden über das Bauteil eingeleitet. Die Zugspannung muss niedriger als die Zerreißfestigkeit des Werkstoffes sein. Die Umformung findet meist in einer eng begrenzten Zone statt und ist meist nicht homogen. Der Grad der Inhomogenität ist hängt von der Reibung und der Geometrie der Umformzone ab. [3] Kalt-, Halbwarm-, Warmumformung 1. Zuordnung Kaltumformung: Verfestigung und statische Entfestigung (T Umf < 0,3T s ) Halbwarmumformung: Verfestigung, dynamische und statische Erholung (T Umf ~ T R ) Warmumformung: Verfestigung, dynamische und statische Entfestigung durch Erholung und Rekristallisation (T Umf > T R ) Aufgrund der thermischen Aktivierbarkeit der Entfestigungsvorgänge besteht eine Temperatur- und Geschwindigkeitsabhängigkeit für die Halbwarm- und Warmumformung. [3] Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 19 von 88

20 2. Kaltumformung Bedingt durch einen größer werdenden Umformgrad wird eine Erhöhung der Festigkeitswerte und eine Verkleinerung der Bruchdehnung erreicht. Durch Umformung bei Raumtemperatur können günstige Reibungszustände, hohe Maßgenauigkeit und eine geringe Rauheit erzielt werden. [3] 3. Halbwarmumformung Vorteilhaft bei dieser Art der Umformung sind die geringen Umformfestigkeiten, Umformwiderstände und Umformkräfte. Allerdings ist hier auf eine genaue Temperaturführung zu achten, schon kleine Temperaturschwankungen können hohe Maßabweichungen hervorrufen. Allgemein wird dieses Verfahren bei Aluminium nur sehr selten verwendet. [3] 4. Warmumformung Die Warmumformung besteht aus 3 Phasen (Erwärmung, Umformung und Abkühlung). Da die Diffusionsvorgänge im Werkstoff untereinander in enger Beziehung stehen, muss In all diesen Phasen der Prozess temperaturgesteuert durchgeführt werden. [3] Fließkurven Die Umformverfestigung ist bei der Warmumformung vor allem von der Temperatur und von der Umformgeschwindigkeit abhängig. Die Umformverfestigung wird von der thermisch aktivierten Entfestigung durch Erholung und gegebenenfalls durch Rekristallisation überlagert. Über den Verlauf der Fließkurven lassen sich Rückschlüsse über die Gefügeänderungen bestimmen. ϕ s ist jener Umformgrad, ab dem nur mehr Rekristallisation zu erwarten ist. Bei ϕ < 0,7 * ϕ k fmax : Dynamische Erholung. Es entsteht ein Zellgefüge mit kleiner Winkelabweichung, aber hoher Versetzungsdichte. Bei 0,7 * ϕ k fmax < ϕ < ϕ s : Dynamische Erholung und Rekristallisation Bei ϕ > ϕ s : Dynamische Rekristallisation. Es entsteht ein feinkörniges äquivalentes Korn. Aus [3], wo auch verschieden Fließkurven abgebildet sind. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 20 von 88

21 3. Experimentell 3.1 Werkstoff Werkstoff ist stranggepresstes Aluminium mit der Bezeichnung AA6082. Dies ist eine AlMgSi Knetlegierung. Zur Untersuchung wurden 12 zylindrische Proben mit einem Durchmesser von 10mm und einer Länge von 15mm herangezogen. Diese Proben sind längs zur Strangpressrichtung orientiert (Mittelachsen der Proben sind parallel zur Strangpressrichtung). 3.2 Betrachten des Lieferzustandes im Lichtmikroskop Der Lieferzustand wurde längs und quer zur Strangpressrichtung untersucht. Mit der am Lichtmikroskop integrierten Digitalkamera konnten Fotos gemacht werden. Mit der Software AxioVisio wurden die Bilder analysiert. Anschließend wurde nach ASTM Designation E die durchschnittliche Korngröße bestimmt. Für diese quantitative Analyse wurden auf die Bilder ungefähr alle zwei Zentimeter senkrechte und waagrechte Striche gezogen (=Länge in mm). Danach wurde der Maßstab ermittelt (Wert des Maßstabs durch dessen Länge [µm/mm]). Anschließend wurden die Korngrenzen ermittelt, die die einzelnen Striche schneiden. Nun konnte mittels einer Tabelle von ASTM Designation E der mittlere Korndurchmesser (µm) bestimmt werden. War der Wert nicht genau gegeben, wurde linear interpoliert. Dies wurde für die horizontale und vertikale Richtung sowie für die Summenwerte ermittelt. Weites wurde das Verhältnis von horizontalen und vertikalen Korndurchmesser ermittelt. Horizontal und vertikal bezieht sich immer auf die Lage des Maßstabs. Das verwendete Lichtmikroskop trägt die Bezeichnung Zeiss Axioplan und ist in Abbildung 3.1 dargestellt. Das Mikroskop ist auf einer Platte befestigt, die zur Schwingungsisolation dient. Mit Hilfe des polarisierten Lichtes, konnten die einzelnen Körner farblich unterschieden werden (Polarisation = Schwingungen in Ausbreitungsrichtung von Wellen). Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 21 von 88

22 Digitalkamera Objektiv Okular Probe Isolationsplatte Bearbeiten der Probe Abbildung 3.1: Axioplan von Zeiss Die Probe muss für lichtmikroskopische Untersuchungen im Wesentlichen drei Arbeitsschritten unterzogen werden: Zuschneiden der Probe, polieren und ätzen Zuschneiden Die zu untersuchenden Objekte sind meist für mikroskopische Anwendungen viel zu groß. Somit ist es erforderlich Proben zuzuschneiden. Dies erfolgte im Zuge der ganzen Arbeit mit der Maschine Discotom-2 (Struers), siehe Abbildung 3.3. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 22 von 88

23 Polieren Abbildung 3.2: Discotom-2 von Struers Wegen der geringen Tiefenschärfe von Mikroskopen aber auch um keine störenden Kratzer an der Probe zu haben, ist es notwendig die Proben zu schleifen und anschließend zu polieren.die Probe des Lieferzustandes wurde manuell geschliffen und poliert. Der Vorgang war folgender: Geschliffen wurde nacheinander mit den Papieren der Körnung 180, 320, 500, 1000, 2400 und 4000 auf der Maschine LaboPol-21 ( Struers), siehe Abbildung 3.3. Nach jedem Schleifgang wurde die Probe gründlich mit Wasser gereinigt. Danach wurde mit Diamantpaste 6, 3 und 1 µm mit einer Maschine der Firma Struers poliert, siehe Abbildung 3.5. Nach jedem Polierschritt wurde ebenfalls wieder die Probe mit Wasser und zusätzlich noch mit dem Ultraschallreiniger (Tec 25 von Telsonic, siehe Abbildung 3.4) in einer Alkohollösung 2 Minuten lang gereinigt. Als letzten Arbeitsschritt wurde noch mit Magnesiumoxid die Probe händisch, in achter- Form, feinst poliert, mit Wasser gesäubert und mit Alkohol (Methanol und Ethanol) und anschließendem Trocknen konserviert. Alle weiteren Proben wurden halbautomatisch mit der Maschine TegraPol-31 von Struers (Abbildung 3.7) geschliffen und poliert. Hierfür musste allerdings die Probe in Hartz eingebettet werden, siehe Abbildung 3.6. Halbautomatisch deswegen, weil die Schleifpapiere auch weiterhin manuell zu Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 23 von 88

24 wechseln sind. Folgende Einstellungen wurden eingegeben: METHODE EDIT. Al für EBSD Unterlage Susp. Lub. Zeit 1 SiC- Pap. #320 Wasser 2M 50S 2 Largo DP-P 9 µm Blau 3M 00S 3 Dur DP-P 6 µm Blau 15M 00S 4 Mol DP-P 3 µm Rot 30M 00S 5 Chem OP-S 45M 00S Tabelle 3.1: Einstellungen für halbautomatisches Schleifen Da für das Ätzen und für die späteren EBSD - Untersuchungen die Probe elektrisch leitfähig sein muss, muss die Probe auch wieder aus der Bettung befreit werden. Nach dem Ausbetten wurden die Proben natürlich wieder mit Ultraschallreiniger, Methanol und Ethanol gereinigt. Abbildung 3.3: LaboPol-21 Struers Abbildung 3.4: Tec 25 von Telsonic Abbildung 3.6: Eingebettete Probe Abbildung 3.5: Poliermaschine von Struers Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 24 von 88

25 Ätzen Abbildung 3.7: TegraPol-31 von Struers Um die verschiedenen Körner im Lichtmikroskop farblich unterscheiden zu können, ist eine Ätzung notwendig. Weiters muss das Lichtmikroskop über Lichtfilter und einer polarisierten Lichtquelle verfügen. Geätzt wurde immer elektrochemisch mit einer Bakers Ätzlösung und dem Gerät LectroPol-5 von Struers, siehe Abbildung 3.8 und Abbildung 3.9. Folgende Einstellungen wurden für alle Ätzvorgänge verwendet: Modus: nur Ätzen Flussrate: 20 Fläche: 1cm² Zeit: 120 Sekunden Temperatur: 22 C Elektrolyt: Anw. 1 Spannung: 25V Tabelle 3.2: Ätzeinstellungen Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 25 von 88

26 Abbildung 3.9: LectoPol-5 von Struers 2/2 Abbildung 3.8: LectroPol-5 von Struers 1/2 3.3 Kaltverformung Die 12 zylindrische Proben vom Lieferzustand wurden in der Gleeble 1500 (Abbildung 3.10) Kaltverformt. Die Kaltverformung bewirkt eine Erhöhung der inneren Energie. Die Gleeble ist eine Maschine um Zug- und Druckversuche durchzuführen. Dabei können die unterschiedlichsten Werte wie Temperatur, Abschreckungsarten, Dehngeschwindigkeit usw. eingegeben werden. Die Abbildung 3.11 zeigt den Versuchsaufbau in der Gleeble Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 26 von 88

27 Abbildung 3.10: Gleeble 1500 Anschluss für Thermoelement Platz für Probe Wegaufnehmer bewegter Schlitten fester Schlitten Abbildung 3.11: Gleeble Versuchsaufbau zusätzlich kann die Probe erwärmt und auch abgeschreckt werden Daten der Proben (Tabelle 3.3): Als Schmiermittel zwischen Probe und Schlitten wurde Graphit verwendet, damit möglichst wenig Reibung entsteht und die Verformung somit möglichst ungehindert Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 27 von 88

28 von statten gehen kann. Rt steht für Verformung bei Raumtemperatur. Probe ϕ ϕ [1/s] l 0 [mm] d 0 [mm] Dateiname Rt01 1, ,12 10,90 rtfast.d11 Rt02 0,3 1 15,02 10,20 rtfast.d12 Rt03 0,3 1 14,99 10,20 rtfast.d13 Rt04 0,4 (0,1+0,3) 1 15,03 10,01 rtfast.d14 Rt05 0,3 1 15,05 10,01 rtfast.d15 Rt06 0,3 1 14,93 10,00 rtfast.d16 Rt07 0,3 1 14,98 10,02 rtfast.d17 Rt08 0,3 1 15,08 10,04 rtfast.d18 Rt09 0,3 1 15,09 9,99 rtfast.d19 Rt10 0,3 1 14,99 10,00 rtfast.d20 Rt11 0,3 1 15,15 10,00 rtfast.d21 Rt12 0,3 1 15,07 10,01 rtfast.d22 Tabelle 3.3: Daten der Proben bei der Kaltverformung Die Probe Rt04 wurde versehentlich bis ϕ=0,1 vorgedrückt. Folgende Daten wurden gespeichert: Zeit, Kraft, Längenänderung, Temperatur, wahre Dehnung und wahre Spannung. Auf Grund dessen, dass nicht immer die richtigen Probenabmessungen vor den Versuchen eingegeben wurden, wurde mit Hilfe von Excel die wahre Spannung und Dehnung errechnet. 3.4 Wärmebehandlung = ( ) Formel 3.1: wahre Dehnung = = Formel 3.2: wahre Spannung = Formel 3.3: Volumskonstanz = + Formel 3.4: aktuelle Länge Durch das Strangpressen kommt es wegen der Verformungen zu Gefügeänderungen. Da nicht bekannt ist, ob es eine nachgehende Wärmebehandlung gab, wurden die Proben nach der Kaltverformung wärmebehandelt um einen Art Initialzustand zu erreichen. Dies ist notwendig um später die Warmverformungen analysieren zu können. Die Wärmebehandlung wurde mit dem Ofen High Therm von Linn (Abbildung 3.12) durchgeführt und hatte Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 28 von 88

29 folgenden Ablauf: Der Ofen wurde auf 400 C aufgeheizt. Anschließend wurden die 12 kaltverformten Proben in den Ofen gegeben und die Temperatur zwei Stunden lang gehalten. Danach wurde die Heizung abgeschaltet und die Proben im Ofen gelassen, bis sich im Ofen eine Temperatur von 50 C eingestellt hat. Dieses Ofenabkühlen dauerte in etwa 16 Stunden. Mit dieser Wärmebehandlung erreicht man ein vollständig rekristallisiertes Gefüge. Dies wurde im Zuge einer anderen Arbeit am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie an der TU Wien ermittelt. 3.5 Warmverformung Abbildung 3.12: High Therm von Linn Nun wurden die eigentlichen Versuche mit der Gleeble 1500 durchgeführt. Es wurden insgesamt sechs von den 12 Proben unter verschiedenen Parametern, siehe Tabelle 3.4, warmverformt. Diese sechs Proben wurden, wie beschrieben, zuvor kaltverformt und anschließend wärmebehandelt. Als Gleitmittel zwischen Probe und Schlitten diente wieder Graphit. Der Temperaturanstieg war immer 10K/s (letzten 50 C 5K/s).Die Haltezeit der jeweiligen Temperatur betrug 15 Sekunden. Um die Temperatur der Probe messen zu können, wurde ein Thermoelement des Typs J verwendet. Nach der Verformung wurden die Proben mit Wasser abgeschreckt. Durch die Verwendung von Graphit konnte eine fast homogene Verformung erreicht Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 29 von 88

30 werden, jedoch blieb eine gewisse Reibung zwischen Schlitten und Probe bestehen. Dies führte zu etwas kleineren Durchmessern am Rand (d 2 ) als in der Mitte (d 1 ) der Proben. RT beschreibt die Vorverformung bei Raumtemperatur und D steht für eine Warmverformung (deformed). Probe ϕ ϕ [1/s] l [mm] d 1 [mm] d 2 [mm] Datei T [ C] RT10D 0,6 0,1 11,42 11,86 11,47 450_01_wq.d RT03D 0,6 1 11,47 11,36 11,29 450_1_wq.d RT05D 0, ,49 11,55 11,40 450_10_wq.d RT09D 0,6 0,1 11,50 11,66 11,34 550_01_wq.d RT07D 0,3 0,1 11,47 11,31 11,20 550_01_wq.d RT02D 0, ,40 1,55 11,23 550_10_wq.d Tabelle 3.4: Daten der Proben bei der Warmverformung Auch hier konnten wieder, wie in Kapitel 3.3 Kaltverformung beschreiben, die Spannungs- Dehnungsdiagramme erstellt werden. Als Durchmesser für die Berechnung der Querschnittsfläche wurde der Mittelwert von d 1 und d 2 herangezogen. Hier wurde auch für jede Probe ein Diagramm erstellt, bei welchem die Temperatur der Probe und die einwirkende Kraft über die Zeit ersichtlich sind. Als Beispiel ist hier das Diagramm der Probe RT10D abgebildet (Diagramm 3.1; DR=Dehnrate; D=Dehnung). Bei den anderen Proben sieht dieser Verlauf ähnlich aus (siehe Abschnitt 8.1 Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramme). Diagramm 3.1: Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramm der Probe RT10D Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 30 von 88

31 3.6 EBSD- Untersuchungen Da man mit dem Lichtmikroskop zwar Körner und Korngrenzen sehen kann, aber keine Subkörner und Subkorngrenzen, wurden die EBSD (electron backscatter diffraction) - Analysen notwendig. Subkorngrenzen sind Korngrenzen mit einem Winkel (Missorientierung) von maximal 15. Subkörner sind kleine Körner in den Körnern, man spricht auch von Substruktur. Die EBSD Untersuchungen wurden mit dem Rasterelektronenmikroskop Quanta 200F (Abbildung 3.13) gemacht. Abbildung 3.13: Quanta 200F Die Messungen wurden mit Frau Dr. Poletti mit dem Programm TSL OIM Data Collection 5 durchgeführt. REK steht die kaltverformten und wärmebehandelten Proben. Mit _XX wird Anzahl der Probemessungen angegeben, ist aber für die weiteren Betrachtungen nicht relevant. Mit mitte wird zum Ausdruck gebracht, dass die Messung in der Mitte der Probe durchgeführt wurde. Mit zoom wird eine Vergrößerung gekennzeichnet. Folgende Messungen wurden mittels EBSD untersucht: Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 31 von 88

32 Lieferzustand kaltverformt und wärmebehandelt warmverformt 6082st_L_02 RT01-REK_04 RT02D_01-mitte 6082st_L_04_zoom RT04-REK_01 RT02D_02-mitte_zoom RT12-REK_01 RT03D_01 RT03D_02-mitte RT05D_02 RT09D_01 RT10D_01 Tabelle 3.5: EBSD- analysierte Proben Die Messungen wurden mittels des Programms TSL OIM Analysis 5 bearbeitet und analysiert. Die Bearbeitung der gemessenen Daten war notwendig, da jede EBSD Messung Fehler enthaltet. Der Unterschied wird im Folgenden demonstriert: Die einzelnen weißen Punkte oder kleine Farbfelder sind Messfehler, die bereinigt werden sollen (Abbildung 3.14). Abbildung 3.14: AutoGrain von RT04_REK_01 ohne Bereinigung Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 32 von 88

33 Abbildung 3.15: AutoGrain von RT04_REK_01 bereinigt Abbildung 3.16: Bearbeitung 1 von RT04-REK_01 Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 33 von 88

34 Abbildung 3.17: Bearbeitung 2 von RT04-REK_01 Die erste Bearbeitung (Abbildung 3.16) wurde bei jeder Probe mit den gleichen Parametern ausgeführt. Bei Grain CI Standardization wird die Verteilung auf den Bereich Null bis Eins gestreckt. Bei der Bearbeitung 2 (Abbildung 3.17) wurden immer der Confidence Index (CI) so angepasst, dass die Fehler verschwinden, aber ansonsten die Messung nicht verändert wird. Bei Neighbor CI Correlation wird einzelnen Fehlerpunkten der Confidence Index und die Orientierung von dessen Nachbarn zugewissen. Der Confidence Index gibt eine Übereinstimmung an, wie sich die gemessenen Aluminium - Punkte zu fehlerfreien (theoretischen) Aluminium (bezüglich des Gitteraufbaues) verhalten. Eins bedeutet exakte Übereinstimmung. Folgende Indizes wurden verwendet: Probe min CI Probe min CI 6082st_L_02 0,3 RT02D_02-mitte_zoom 0,7 6082st_L_04_zoom 0,1 RT03D_01 0,7 RT01-REK_04 0,1 RT03D_02-mitte 0,4 RT04-REK_01 0,15 RT05D_02 0,3 RT12-REK_01 0,25 RT09D_01 0,3 RT02D_01-mitte 0,5 RT10D_01 0,3 Tabelle 3.6: Parameter für Bearbeitung 2 Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 34 von 88

35 Die weißen Punkte sind nun verschwunden (Abbildung 3.15), ein paar kleine farbige Felder sind noch vorhanden. Um aber das Messergebnis nicht zu sehr verändern, wird auf einen höheren Index verzichtet. Nun konnten verschiedenste Abbildungen erstellt werden. Weiters wurden auch Diagramme, die Aussagen über die Missorientierung der Körner und der Korn- sowie der Subkorngröße ermöglichen, ausgewertet. Bei den Diagrammen und der Analysen der Korngröße wurde ein Korngrenzenwinkel von 5 und 15 angenommen. Leider wird aber nicht bei den 5 auch die Substruktur (Subkörner) mit erfasst. Da eben nicht alle Messfehler verschwunden sind wurde die kleinste Korngröße (Durchmesser) manuell festgelegt: Probe kleinster d sub Probe kleinster d sub 6082st_L_02 2 RT02D_02-mitte_zoom st_L_04_zoom 1 RT03D_01 2,5 RT01-REK_04 2,5 RT03D_02-mitte 4 RT04-REK_01 3 RT05D_02 2,5 RT12-REK_01 5 RT09D_01 3 RT02D_01-mitte 2,5 RT10D_01 2,5 Tabelle 3.7: kleinster Subkorndurchmesser in µm Anschließend wurden IPF (Inverse Pole Figure) Bilder erstellt, bei denen die Korngrenzen (ab 15 ) schwarz und die Subkorngrenzen (2 bis 15 ) grau markiert sind. Mit diesen Bildern wurde auch bei den warmverformten Proben die Subkorngröße mittels ermittelt. Dazu wurden wieder alle 2 Zentimeter horizontale und vertikale Linien auf den Bildern gezeichnet. 3.7 Lichtmikroskopische Untersuchungen Um einen weiteren Eindruck zu bekommen, wurden die folgenden polierten und geätzten Proben im Lichtmikroskop untersucht: kaltverformt und wärmebehandelt RT01 RT04 RT12 Tabelle 3.8: im Lichtmikroskop analysierte Proben warmverformt RT02D RT03D RT05D RT07D RT09D RT10D Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 35 von 88

36 Bei den warmverformten Proben wurden Bilder von verschiedenen Stellen der Proben gemacht: mitte_rand seite_rand seite_mitte mitte_mitte Probenoberfläche 3.8 Zener - Hollomon Abbildung 3.18: Probenabschnitte Ziel dieser Analyse ist es, eine Funktion des Korn- bzw. des Subkorndurchmessers in Abhängigkeit von der Dehnrate und der Temperatur zu erhalten. Dazu wurde für jede warmverformte Probe die Z Zahl bzw. danach ln(z) errechnet. Q = J/mol R = 8,314 J/molK T = Temperatur in Kelvin = Formel 3.5: Z Zahl Nun wurde in einem Diagramm (Ordinate = der Kehrwert des (Sub-) Korndurchmessers (d sub ) D Korn ; Abszisse = ln(z)) die Werte der einzelnen Proben eingetragen und eine lineare Trendlinie eingefügt. 1 = + ( ) Formel 3.6: Grundaussehen der linearen Trendlinie Als Ergebnis bekommt man die Werte B und C sowie das Bestimmtheitsmaß R². Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 36 von 88

37 4. Ergebnisse 4.1 AA6082 im Lieferzustand Für die Analyse der Korngröße mittels ASTM Designation E wurden die Bilder AA6082_SP_LZ_lang_10 (Abbildung 4.1) und AA6082_SP_LZ_Quer (Abbildung 4.2) ausgewählt. Weitere Bilder sind auf der beiliegenden CD gespeichert. Ergebnis: Probe AA6082_SP_ LZ_lang_10 horizontal AA6082_SP_ LZ_lang_10 vertikal AA6082_SP_ LZ_lang_10 AA6082_SP_ LZ_quer_06 horizontal AA6082_SP_ LZ_quer_06 vertikal AA6082_SP_ LZ_quer_06 Länge [mm] Maßstab [µm/mm] Korngrenzen Korndurchmesser [µm] , , , , , , , , , , , ,92 Tabelle 4.1: Ergebnis Korngrößenermittlung Lichtmikroskop Verhältnis 0,44 0,85 Deutlich zu erkennen ist, dass die Körner in Strangpressrichtung gedehnt und quer dazu annähernd gleichachsig sind. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 37 von 88

38 Abbildung 4.1: AA6082_SP_LZ_lang_10 im Lichtmikroskop Abbildung 4.2: AA6082_SP_LZ_quer_06 im Lichtmikroskop Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 38 von 88

39 4.2 Kaltverformung Nach der Kaltverformung hatten die Proben folgende Längen: Probe Länge Probe Länge Rt01 5,15 mm Rt07 11,47 mm Rt02 11,41 mm Rt08 11,51 mm Rt03 11,43 mm Rt09 11,48 mm Rt04 10,33 mm Rt10 11,42 mm Rt05 11,44 mm Rt11 11,57 mm Rt06 11,43 mm Rt12 11,40 mm Tabelle 4.2: Länge der Proben nach der Kaltverformung Folgende Spannungs- Dehnungsdiagramme wurden aus den Daten der Gleeble mittels Excel erstellt: In der Legende vom Diagramm 4.1 und vom Diagramm 4.2 steht DR für Dehnrate und D für Dehnung. 250 wahre Spannung - Dehnung 200 σ w [N/mm 2 ] RT01 DR:1/s D:1,08 RT04 DR:1/s D:0,4 RT12 DR:1/s D:0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 ε w Diagramm 4.1: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm der Proben die mit EBSD untersucht wurden Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 39 von 88

40 250 wahre Spannung - Dehnung 200 σ w [N/mm 2 ] RT02 DR:1/s D:0,3 RT03 DR:1/s D:0,3 RT05 DR:1/s D:0,3 RT06 DR:1/s D:0,3 RT07 DR:1/s D:0,3 RT08 DR:1/s D:0,3 RT09 DR:1/s D:0,3 RT10 DR:1/s D:0,3 RT11 DR:1/s D:0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Diagramm 4.2: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm der Proben die nicht mit EBSD untersucht wurden 4.3 Warmverformung Die Ergebnisse der Versuche sind im Diagramm 4.3 und Diagramm 4.4 ersichtlich. Bei den Proben RT02D und RT05D lieferte die Maschine sehr sprunghafte Werte, die vermutlich auf die hohe Stauchgeschwindigkeit zurückzuführen sind. Diese Kurven wurden geglättet. ε w Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 40 von 88

41 45 wahre Spannung - Dehnung σ w [N/mm 2 ] RT09D 550 C DR:0,1/s D:0,6 RT07D 550 C DR:0,1/s D:0,3 RT02D 550 C DR:10/s D: ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ε w Diagramm 4.3: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT09D, RT07D und RT02D 60 wahre Spannung - Dehnung σ w [N/mm 2 ] RT10D 450 C DR:0,1/s D:0,6 RT03D 450 C DR:1/s D:0,6 RT05D 450 C DR:10/s D:0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 ε w Diagramm 4.4: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT10D, RT03D und RT05D Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 41 von 88

42 4.4 EBSD Untersuchungen Die Orientierung aller IPF - Bilder ist folgende: Lieferzustand Daten der Proben Abbildung 4.3: Orientierung aller Bilder Daten der Analyse nach der Bereinigung von 6082st_L_02: Fläche der Messung: 160 x 199 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 0,5 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.3: Daten von 6082st_L_02 Daten der Analyse nach der Bereinigung von 6082st_L_04_zoom: Fläche der Messung: 75 x 77 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 0,35 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0, Abbildungen der Proben Tabelle 4.4: Daten von 6082st_L_04_zoom Abbildung 4.4 und Abbildung 4.5 zeigen die Inverse Pole Figure Bilder der Proben 6082st_L_02 und 6082st_L_04_zoom. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 42 von 88

43 Abbildung 4.4: Inverse Pole Figure von 6082st_L_02 Abbildung 4.5: Inverse Pole Figure von 6082st_L_04_zoom Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 43 von 88

44 Diagramme Diagramm 4.5 und Diagramm 4.6 zeigen die Korngröße und die Missorientierung der Probe 6082st_L_02. 0,18 Korngröße 6082st_L_02 0,16 0,14 Number Fraction 0,12 0,1 0,08 0, st_L_ st_L_02 0,04 0, Korndurchmesser [µm] Diagramm 4.5: Korngröße von 6082st_L_02 0,25 Missorientierung 6082st_L_02 0,2 Number Fraction 0,15 0,1 6082st_L_02 0, Missorientierung [ ] Diagramm 4.6: Missorientierung von 6082st_L_02 Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 44 von 88

45 Im Diagramm 4.8 und Diagramm 4.9 ist die Korngröße und die Missorientierung der Probe 6082st_L_04_zoom ersichtlich. 0,12 Korngröße 6082st_L_04_zoom 0,1 Number Fraction 0,08 0,06 0, st_L_04_zoom st_L_04_zoom 0, Korndurchmesser [µm] Diagramm 4.7: Korngröße von 6082st_L_04_zoom 0,25 Missorientierung 6082st_L_04_zoom 0,2 Number Fraction 0,15 0,1 6082st_L_04_zoom 0, Missorientierung [ ] Diagramm 4.8: Missorientierung von 6082st_L_04_zoom Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 45 von 88

46 4.4.2 Kaltverformt und wärmebehandelt Abbildungen der Proben D=Dehnung; DR=Dehnrate In den folgenden Abbildungen (Abbildung 4.6 bis Abbildung 4.8) sind die Inverse Pole Figure Bilder der kaltverformten und wärmebehandelten Proben RT01-REK_04, RT04-REK_01 und RT12-REK_01 zu sehen. Abbildung 4.6: Inverse Pole Figure von RT01-REK_04 (D=0,6; DR=1/s) Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 46 von 88

47 Abbildung 4.7: Inverse Pole Figure von RT04-REK_01 (D=0,4 [0,1+0,3]; DR=1/s) Abbildung 4.8: Inverse Pole Figure von RT12-REK_01 (D=0,3; DR=1/s) Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 47 von 88

48 Daten der Proben Daten der Analyse nach der Bereinigung von RT01-REK_04 (D=0,6; DR=1/s): Fläche der Messung: 300 x 300 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.5: Daten von RT01-REK_04 Daten der Analyse nach der Bereinigung von RT04-REK_01 (D=0,4 [0,1+0,3]; DR=1/s): Fläche der Messung: 299 x 299 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1,1 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.6: Daten von RT04-REK_01 Daten der Analyse nach der Bereinigung von RT12-REK_01 (D=0,3; DR=1/s): Breite der Messung: 299 x 299 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1,1 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,96 Tabelle 4.7: Daten von RT12-REK_ Diagramme Diagramm 4.11, Diagramm 4.12 und Diagramm 4.13 zeigen die Korngröße und die Missorientierung von den kaltverformten und wärmebehandelten Proben. Die Dehnrate war immer 1/s. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 48 von 88

49 0,18 Korngröße (5 ) kaltverformt und wärmebehandelt 0,16 0,14 Number Fraction 0,12 0,1 0,08 0, st_L_02 (LZ) RT12-REK_01 (D: 0,3) RT01-REK_04 (D: 1,08) RT04-REK_01 (D: 0,4) 0,04 0, Korndurchmesser [µm] Diagramm 4.9: Korngröße (5 ) der kaltverformten Proben 0,18 Korngröße (15 ) kaltverformt und wärmebehandelt 0,16 0,14 Number Fraction 0,12 0,1 0,08 0, st_L_02 (LZ) RT12-REK_01 (D: 0,3) RT01-REK_04 (D: 1,08) RT04-REK_01 (D: 0,4) 0,04 0, Korndurchmesser [µm] Diagramm 4.10: Korngröße (15 ) der kaltverformten Proben Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 49 von 88

50 0,25 Missorientierung kaltverformt und wärmebehandelt 0,2 Number Fraction 0,15 0,1 6082st_L_02 (LZ) RT12-REK_01 (D: 0,3) RT01-REK_04 (D: 1,08) RT04-REK_01 (D: 0,4) 0, Missorientierung [ ] Diagramm 4.11: Missorientierung der kaltverformten Proben Warmverformt Abbildungen der Proben D=Dehnung; DR=Dehnrate Von Abbildung 4.9 bis Abbildung 4.15 sind die Inverse Pole Figure Bilder der warmverformten Proben RT10D_01, RT03D_01, RT03D_02-mitte, RT05D_02, RT09D_01, RT02D_01-mitte und RT02D_01-mitte_zoom zu sehen. Die Messung von RT03D_01 (Abbildung 4.10) wurde am Rand der Probe durchgeführt. Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 50 von 88

51 Abbildung 4.9: Inverse Pole Figure von RT10D_01 (T=450 C; Dehnrate=0,1/s; Dehnung=0,6) Abbildung 4.10: Inverse Pole Figure von RT03D_01 (T=450 C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6) Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 51 von 88

52 Abbildung 4.11: Inverse Pole Figure von RT03D_02-mitte (T=450 C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6) Abbildung 4.12: Inverse Pole Figure von RT05D_02 (T=450 C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6) Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 52 von 88

53 Abbildung 4.13: Inverse Pole Figure von RT09D_01 (T=550 C; Dehnrate=0,1/s; Dehnung=0,6) Abbildung 4.14: Inverse Pole Figure von RT02D_01-mitte (T=550 C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6) Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 53 von 88

54 Abbildung 4.15: Inverse Pole Figure von RT02D_01-mitte_zoom (T=550 C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6) Daten der Proben RT10D_01 (T=450 C; Dehnrate=0,1/s; Dehnung=0,6): ASTM Designation E112-88: Probe Länge [mm] Maßstab [µm/mm] Korngrenzen Subkorndurchmesser [µm] RT10D_01 horizontal , ,04 RT10D_01 vertikal , ,94 RT10D_ , ,24 Verhältnis 0,66 EBSD: Tabelle 4.8: Ergebnis ASTM von RT10D_01 Fläche der Messung: 299 x 299 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1,1 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.9: Ergebnis EBSD von RT10D_01 Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 54 von 88

55 RT03D_01 (T=450 C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6): ASTM Designation E112-88: Probe Länge [mm] Maßstab [µm/mm] Korngrenzen Subkorndurchmesser [µm] RT03D_01 horizontal , ,29 RT03D_01 vertikal , ,50 RT03D_ , ,72 Verhältnis 0,79 EBSD: Tabelle 4.10: Ergebnis ASTM von RT03D_01 Fläche der Messung: 300 x 300 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 0,8 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,96 Tabelle 4.11: Ergebnis EBSD von RT03D_01 RT03D_02-mitte (T=450 C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6): ASTM Designation E112-88: Probe RT03D_02- mitte horizontal RT03D_02- mitte vertikal RT03D_02- mitte Länge [mm] Maßstab [µm/mm] Korngrenzen Subkorndurchmesser [µm] , , , , , ,40 Verhältnis 0,77 EBSD: Tabelle 4.12: Ergebnis ASTM von RT03D_02-mitte Fläche der Messung: 999 x 999 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1,9 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,90 Tabelle 4.13: Ergebnis EBSD von RT03D_02-mitte Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 55 von 88

56 RT05D_02 (T=450 C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6): ASTM Designation E112-88: Probe Länge [mm] Maßstab Korngrenzen [µm/mm] Subkorndurchmesser [µm] RT05D_02 horizontal , ,02 RT05D_02 vertikal , ,09 RT05D_ , ,45 Verhältnis 0,91 EBSD: Tabelle 4.14: Ergebnis ASTM von RT05D_02 Fläche der Messung: 299x 299 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 1,3 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.15: Ergebnis EBSD von RT05D_02 RT09D_01 (T=550 C; Dehnrate=0,1/s; Dehnung=0,6): ASTM Designation E112-88: Probe Länge [mm] Maßstab [µm/mm] Korngrenzen Subkorndurchmesser [µm] RT09D_01 horizontal , ,17 RT09D_01 vertikal , ,03 RT09D_ , ,24 Verhältnis 0,74 EBSD: Tabelle 4.16: Ergebnis ASTM von RT09D_01 Fläche der Messung: 300 x 299 µm Abstand zwischen 2 Messpunkten: 0,9 µm Durchschnittlicher Confidence Index: 0,95 Tabelle 4.17: Ergebnis EBSD von RT09D_01 Datum: Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 56 von 88