Gezielte prozesstechnische Optimierung der Textur zur Verbesserung der umformtechnischen und mechanischen Eigenschaften von Mg-Blechen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei der Blechherstellung der Magnesiumlegierung AZ31 wurde das Sonderverfahren ECAP ausgelegt. Das ECAP-Verfahren bot die prozesstechnische Möglichkeit, über eine Scherumformung eine Texturvariation sowie eine Kornverfeinerung zu erreichen. Durch die asymmetrische Prozessführung wurde die bevorzugte Ausrichtung der Basalebene abgeschwächt und verändert. Somit wurde eine Verbesserung der Umformeigenschaften bei Raumtemperatur ermöglicht. Für das Vorhaben wurde ein Versuchswerkzeug für das ECAP-Verfahren modular aufgebaut, um eine Variation der Kanalwinkel zu ermöglichen. Die ECAP-Versuche wurden mit zwei Kanalwinkeln (Φ = 130 und 110°) im Temperaturbereich von 175 bis 225 °C durchgeführt. Anschließend wurden die verarbeiteten Bleche bei 200 °C für 30 Minuten warmgerichtet, um ein homogenes Gefüge und komplett ebene Bleche zu erhalten. Die Mikrostrukturanalyse zeigte, dass das homogenisierte Gefüge durch das ECAP-Verfahren aufgebaut und die Körner verfeinert wurde. Im Vergleich zu Blechtexturen von Blechen, die mit einer konventionellen Walzroute (ESR) oder mittels geschwindigkeits-variierten Walzversuchen (DSR) hergestellt wurden, haben Bleche, die einen nachfolgenden ECAP-Schritt erfahren eine schwächer ausgeprägte Textur mit einer ausgeprägten Verkippung der Basalflächen in die ECAP-Richtung. Der zugrundeliegende Ausgangszustand (ESR oder DSR) hat dann einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Gefüge- und Texturentwicklung. Daraus folgen auch vernachlässigbare Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften. Die Verkippung der Basalebenen in einer Fraktion des Gefüges führt zu einer leichteren Aktivierung der Basalgleitung und der {1012} 〈1011〉 Zugzwillingsbildung, die durch die Texturveränderung einen Anstieg im mittleren Schmidfaktor erfahren. Dadurch nimmt auch die Duktilität der Bleche zu. Dies führt auch zu eine abnahme der Streckgrenze zur Walzrichtung im Vergleich mit denen zur Quer richtung. Daher wird der Schluss gezogen, dass das ECAP-Verfahren die Möglichkeit bietet, die Texturen durch die Verkippung der Basalebenen zu einer bestimmten Richtung systematisch einzustellen, wobei sich niedrige Duktilität oder hohe Streckgrenze ergibt. Die bei Raumtemperatur durchgeführten Zugversuche zeigen, dass aufgrund der erhöhten Aktivierung der Basalgleitung die Duktilität verbessert und die Streckgrenze in ECAP-Richtung verringert wurde. Hierbei ist die Walzrichtung identisch mit der ECAP-Richtung. Demnach wurde die Streckgrenze in WR um 40-50 MPa gegenüber der QR reduziert. Die höchste Gleichmaßdehnung von 19,3% in WR wurde bei Φ = 110° und 225 °C gemessen und im Vergleich zum Walzzustand (13,4%) um 45% verbessert. Überdies gibt es keine große Änderung in QR (14,6%). Zur Reduzierung der mechanischen Anisotropie wurde das zweite ECAP-Verfahren mit dem um 90° zur QR gedrehten Blech wiederholt (als Route D bezeichnet). Route D erzeugt eine isotrope Verfestigung in den beiden Richtungen. Bei den Hutprofilziehversuchen wurden die Streifen insbesondere auf Route D bis 10,5 mm in den beiden Ricthungen rissfrei gezogen. Verglichen mit dem Walzzustand wurde die Kaltumformbarkeit um 75% verbessert. Die im Hutprofilziehversuch richtungsabhängige Verbesserung der Kaltumformbarkeit weist eine gewisse Ähnlichkeit mit den Zugversuchsergebnissen auf. In diesem Zusammenhang wird bestätigt, dass der ECAP-Prozess ein wirksames thermomechanisches Verfahren für die erhöhte Aktivierung der Basalebenen ist. Die aus den Untersuchungen zu AZ31-Blechen erzielten Erkenntnisse ermöglichen erstmals das Verständnis der Wirkungsweise der ablaufenden Prozesse auf die Textur- und Gefügeentwicklung. Daraus lassen sich zentrale Wirkzusammenhänge ableiten, die unter anderem zur Verbesserung von Kaltumformeigenschaften von Magnesiumlegierungen beitragen und neue Ansätze für industriebezogene Anwendendungen liefern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Microstructural, texture development and mechanical properties of a twin roll cast Mg AZ31 sheets processed by equal and differential speed rolling, International congress on light materials (LightMAT2013), 3-5 September 2013, Bremen, Deutschland
J. Victoria-Hernandez, J. Bohlen, G. Kurz, S. Yi, F. Perez-Valverde und D. Letzig
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Effect of the shear strain on the microstructure and texture of Mg-3Al-1Zn sheets processed by differential speed rolling and equal channel angular pressing, 21st International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials, 29 June - 4 July 2014 Cancun, Mexico
D. Letzig, J. Suh, J. Bohlen, S.B. Yi, G. Kurz, R. Golle, W. Volk und J. Victoria- Hernandez
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Improvement of Ductility at Room Temperature in an Mg-3Al-1Zn Alloy Sheet Processed by Equal Channel Angular Pressing 11th International Conference on Technology of Plasticity (ICTP), 19-24 October 2014, Nagoya, Japan
J. Suh, J. Victoria-Hernandez, D. Letzig, S. Yi, J. Bohlen, W. Volk
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Improvement of Ductility at Room Temperature in an Mg-3Al-1Zn Alloy Sheet Processed by Equal Channel Angular Pressing Procedia Engineering, Volume 81, Pages 1517-1522, 2014
J. Suh, J. Victoria-Hernandez, D. Letzig, S. Yi, J. Bohlen, W. Volk
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Microstructural stability analysis of Mg-3Al-1Zn sheets processed by equal channel angular pressing, 21st International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials, 29 June- 4 July 2014 Cancun, Mexico
J. Victoria-Hernandez, J. Suh, J. Bohlen, S.B. Yi, G. Kurz, R. Golle, W. Volk und D. Letzig
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The influence of the recrystallization mechanisms and grain growth on the texture of a hot rolled AZ31 sheet during subsequent isochronal annealing Journal of Alloys and Compounds, Volume 616, Pages 189-197, 2014
J. Victoria-Hernandez, S. Yi, J. Bohlen, G. Kurz, D. Letzig
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Verbesserte Kaltumformbarkeit von Magnesiumlegierungen durch innovative Walzprozesse 13. Symposium mit Fachausstellung Material Innovativ, 25-26 Februar 2014, Fürth, Deutschland
J. Suh
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Improvement in cold formability of AZ31 magnesium alloy sheets processed by equal channel angular pressing. Journal of Materials Processing Technology, Volume 217, Pages 286-293, 2015
J. Suh, J. Victoria-Hernandez, D. Letzig, S. Yi, J. Bohlen, W. Volk
