Einstellung der mechanischen Eigenschaften von Magnesiumstrangpressprodukten durch die gezielte Variation der mikrostrukturellen Größen

• Applicant: Professor Dr. Walter Reimers
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 222196980

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Im Rahmen des durchgeführten Forschungsprojekts wurde der Einfluss der mikrostrukturellen Größen Korngröße, Textur und Ausscheidungsverteilung auf die mechanischen Eigenschaften und das Verformungsverhalten untersucht. Durch das Abbilden der Prozesskette vom Gussbolzen über das Strangpressen zu Wärmebehandlungen konnte die Mikrostruktur und die Textur gezielt in weiten Grenzen variiert werden. Dadurch konnte deren Einfluss auf das Verformungsverhalten mittels mechanischer Prüfung, Diffraktion, Mikroskopie und Kristallplastizitätssimulationen analysiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden im Folgenden zusammengefasst. ME21: Durch die Variation der Strangpressparameter und durch Hochtemperaturwärmebehandlungen kann die Textur in weiten Grenzen variiert werden, wodurch einzelne Verformungsmechanismen gezielt gefördert werden können. Die Textur wirkt sich dabei in besonderem Maße auf das Verfestigungsverhalten und in geringerem Ausmaß auf die Fließgrenzen aus. Wärmebehandlungen bei 550 °C erzeugen Produkte, die außergewöhnlich hohe Druckbruchdehnungen aufweisen. Die Wärmebehandlungen führen zur Verstärkung der RE Texturkomponente durch selektives Kornwachstum, reduzierte Ausscheidungsdichten und größeren Ausscheidungen, was zu einer deutlichen Entfestigung führt. Die durchgeführten EPSC-Simulationen zeigen, dass die außergewöhnlich hohen Bruchdehnungen vorrangig durch die basale Gleitung und die pyramidale Gleitung getragen werden. Glühungen unterhalb von 500 °C führen zu bimodalen Gefügen, deren Inhomogenität die Bruchdehnung reduzieren. WE54: Im Gegensatz zu den anderen untersuchten Legierungen weist die Legierung WE54 eine deutlich reduzierte Aktivität der Zugzwillingsbildung auf. Durch die Bildung von Ausscheidungen im Korninneren oder auf Korngrenzen steigt die Zugzwillingsaktivität unabhängig vom Ort der Ausscheidungsbildung. Da der Einfluss der auf Korngrenzen gebildeten Ausscheidungen auf die Versetzungsbewegung vernachlässigbar ist, kann davon ausgegangen werden, dass die erhöhte Zugzwillingsaktivität in ersten Linie durch die reduzierte Konzentration der im Mischkristall gelösten Legierungselemente Y und Nd hervorgerufen wird. Darüber hinaus zeigen die durchgeführten EPSC-Simulationen, dass die Bildung von plattenförmigen Ausscheidungen auf 1010 α insbesondere die basale Gleitung verfestigt, während die weiteren Gleitsysteme wenig beeinflusst werden. Diese Simulationen zeigen des Weiteren eine erhöhte Aktivität der pyramidalen Gleitung im Vergleich zur Legierung ME21. Durch die verstärkte pyramidale Gleitung und die reduzierte Aktivität der Zugzwillingsbildung verändert sich die Textur während der Verformung in geringerem Maße im Vergleich zu den Legierungen ME21, L4 und LA41. L4 und LA41: Die Mg-Li-Legierungen zeigen eine ungewöhnliche Zug-Druck-Asymmetrie, wobei die Zugfließgrenze unterhalb der Druckfließgrenze liegt, was durch eine erschwerte Zugzwillingsbildung zu erklären ist. Das Zugzwillingswachstum wird durch die Legierungselemente jedoch nicht signifikant beeinträchtigt zu werden. Die Legierungen L4 und LA41 zeigen eine ungewöhnlich hohe 1011 - 1012 Doppelzwillingsaktivität, wobei die Doppelzwillinge nahezu ausschließlich dem Typ 1 Doppelzwilling zuzuordnen sind. Mittels HR-TEM wurden Hinweise auf einen Versetzungsmechanismus, der die Variantenauswahl hervorrufen, gefunden. Durch Kornfeinung kann insbesondere die Druckzwillingsbildung und in Folge dessen auch die Doppelzwillingsbildung unterdrückt werden, wobei die beobachteten Doppelzwillinge keinen signifikanten Einfluss auf die Bruchdehnung zeigten.

Publications

• Mater. Sci. Eng. A, 2013, 586, 178-189. Effect of high temperature heat treatments on the deformation behavior of Mg–2%Mn–0.7%Ce extrusions investigated by in-situ energy-dispersive synchrotron X-ray diffraction and elastoplastic self-consistent modeling
  M. Lentz, M. Klaus, W. Reimers, B. Clausen
  
• Mater. Sci. Eng. A, 2014, 610, 54-64. In-situ, ex-situ EBSD and (HR-)TEM analyses of primary, secondary and tertiary twin development in an Mg–4 wt%Li alloy
  M. Lentz, R. S. Coelho, B. Camin, C. Fahrenson, N. Schaefer, S. Selve, T. Link, I.J. Beyerlein, W. Reimers
  
• Metall. Mat. Trans. A, 2014, 45, 4737-4741. Grain size effects on primary, secondary and tertiary twin development in Mg-4 wt pct Li (-1 wt pct Al) alloys
  M. Lentz, A. Behringer, C. Fahrenson, I.J. Beyerlein, W. Reimers
  
• Metall. Mat. Trans. A, 2014, 45, 5721-5735. Analysis of the deformation behavior of magnesium-rare earth alloys Mg-2 pct Mn-1 pct rare earth and Mg-5 pct Y-4 pct rare earth by in situ energydispersive X-ray synchrotron diffraction and elasto-plastic self-consistent modeling
  M. Lentz, M. Klaus, R.S. Coelho, N. Schaefer, F. Schmack, W. Reimers, B. Clausen
  
• Acta Mater., 2015, 86, 254-268. In-situ X-ray diffraction and crystal plasticity modeling of the deformation behavior of extruded Mg-Li-(Al) alloys: an uncommon tension-compression asymmetry
  M. Lentz, M. Klaus, I.J. Beyerlein, M. Zecevic, W. Reimers, M. Knezevic
  
• Dissertation, 2015, TU Berlin. Deformation behavior of extruded magnesium alloys ME21, WE54, L4 and LA41
  M. Lentz
  
• Mater. Sci. Eng. A, 2015, 628, 396-409. Effect of age hardening on the deformation behavior of an Mg-Y-Nd alloy: In-situ X-ray diffraction and crystal plasticity modeling
  M. Lentz, M. Klaus, M. Wagner, C. Fahrenson, I.J. Beyerlein, M. Zecevic, W. Reimers, M. Knezevic