Impfverfahren für Magnesiumbasislegierungen mittels Bornitrid
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für die Kornfeinung mit Bornitrid kann abschließend festgestellt werden, dass eine Kornfeinung mit einer resultierenden Verbesserung der Festigkeitskennwerte grundsätzlich möglich ist. Dabei erfolgt keine vollständige Umsetzung der Bornitridpartikel in der Magnesiumschmelze, sondern nur eine oberflächliche Reaktion der Partikel, die für die Wirkung als potenziellen Keim jedoch vollkommen ausreichend ist. Problematisch ist allerdings die starke Agglomeration der resultierenden Phasen aus der Zersetzung des Bornitrids mit den Mn,Fe,Al-Phasen aus der AZ91-Schmelze, die innerhalb kürzester Zeit einen großen Teil der fein verteilten Partikel in Form größerer Agglomerate unwirksam macht. Versuche zu dem isoliertem Einfluss der resultierenden Phasen des Bornitrids zeigten dabei, dass für die Agglomeratbildung in erster Linie das entstehende Aluminiumnitrid an der Oberfläche der Bornitridpartikel verantwortlich ist. Durch eine Anpassung der Parameter für die Schmelzebehandlung und speziell durch eine Verkürzung der Rührdauer kann der Agglomeratbildung entgegengewirkt werden, wobei eine vollständige Vermeidung von Agglomeraten nicht möglich ist und der Impfprozess somit sehr störanfällig bzw. schlecht reproduzierbar wird. Die Verwendung von eisen- und manganfreien Legierungen kann hier vermutlich zu einer wesentlichen Verbesserung des Kornfeinungseffektes beitragen, da hier eine Agglomeratbildung unwahrscheinlich ist. Aufgrund der Agglomerationsneigung des Aluminiumnitrids, welches aus der Zersetzung des Bornitrids resultiert, wurde zusätzlich Borcarbid erprobt, welches ebenfalls durch eine Zersetzung eine Vielzahl von potenziell keimbildenden Phasen erzeugen kann. Durch die Zersetzung des Borcarbids werden anstelle von Aluminiumnitrid das Aluminiumcarbid bzw. ternäre Phasen wie Al3BC, Al3BC3 und Al2CO gebildet, die ebenfalls ein sehr hohes Potenzial für eine Kornfeinung besitzen. Hierdurch wurde eine erhebliche Kornfeinung des AZ91- Gefüges bewirkt und eine entsprechende Erhöhung der Festigkeitskennwerte als auch der Duktilität eingestellt. Für eine effektive Kornfeinung der AZ91-Legierung reichen bereits geringste Mengen von 0,025% Borcarbid, um den mittleren Korndurchmesser von 762 µm auf 200 µm und weniger zu reduzieren. Die Kornfeinung ist dabei sowohl für den Sandguss als auch für den Kokillenguss möglich. Die Verwendung von Thermoanalysen ermöglicht zudem einen Nachweis der Kornfeinung bereits vor dem Abguss der Legierung, welches für eine Qualitätssicherung genutzt werden kann. Die chemische Kornfeinung durch Einbringen von Partikeln besitzt einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis beim Strangpressen, welches ohne geeignete Gegenmaßnahmen zu einer deutlichen Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des stranggepressten Profils führen kann. Eine Abschreckung des Strangs mittels einer Wasserspraykühlung scheint hier zwingend notwendig zu sein, um ein Kornwachstum und eine partikelinduzierte Rekristallisation zu unterdrücken. Hierdurch werden gleiche oder geringfügig bessere mechanische Eigenschaften der AZ91-Legierung durch ein Strangpressen ermöglicht, wobei die Wirtschaftlichkeit des Strangpressens von hochfesten Magnesiumlegierungen durch die leichte Erhöhung der Stempelgeschwindigkeit positiv beeinflusst werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Grain Refinement of AZ91 with Hexagonal Boron Nitride; Magnesium - 8th International Conference on Magnesium and their Applications 2009, S. 302 – 307
Kujat B., Bormann D., Günther A., Bach Fr.-W.
- Thermographic analysis of AlSi12 during crystallisation as a function of cooling rate; International Journal of Materials Research 100, 2009, S. 97 – 103
Wulf E., Krause C., Bormann D., Schaper M., Becker J. A., Becker V., Bach Fr.-W.
