Untersuchung der dynamischen und statischen ...Ziel der Arbeit ist es, die unterschiedlichen Gefügestrukturen und Gefügeänderungen von AA6082 Aluminium bei verschiedenen Temperaturen,

Untersuchung der

dynamischen und

statischen

Rekristallisations- und

Erholungsvorgänge von

AA6082 Aluminium

Stranggepresst

Bachelorarbeit

2009

von Michael Hauser

TU Wien

23.08.2009

Michael Hauser TU Wien WIW - MB Matr. - Nr.: 0625459 BA - AA6082 Warmumformung E033 282

LV: 308.126 Betreuerin: Dr. Cecilia Poletti 6. Semester Datum: 09.09.2009 Dateiname: Bachelorarbeit.docx Seite 2 von 88

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

0625459 (E033 282)

Rathausplatz 7

3160 Traisen

Wien, im August 2009

________________________

Michael Hauser



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!



Inhaltsverzeichnis 1. Abstract.................................................................................................................. 7

2. Der Werkstoff Aluminium ..................................................................................... 8

2.1 Was ist Aluminium? ............................................................................................... 8

2.2 Eigenschaften von reinem Aluminium ................................................................... 8

2.3 Gewinnung von Aluminium .................................................................................... 9

2.4 Aluminiumlegierungen ......................................................................................... 10

2.4.1 Allgemeines ........................................................................................... 10

2.4.2 AlMgSi – Legierung ............................................................................... 11

2.5 Erholung und Rekristallisation ............................................................................. 12

2.5.1 Erholung ................................................................................................ 12

2.5.2 Rekristallisation ..................................................................................... 13

2.6 Werkstoffbkennzeichnung ................................................................................... 14

2.7 Mikroskopie ......................................................................................................... 16

2.7.1 Lichtmikroskopische Untersuchungen ................................................... 16

2.7.2 EBSD ..................................................................................................... 16

2.8 Umformung von Aluminiumwerkstoffen ............................................................... 17

2.8.1 Einige Merkmale .................................................................................... 17

2.8.2 Verfahrensarten bei der Umformung ..................................................... 19

2.8.2.1 Klassifizierung nach Kraftwirkungen ............................................................................. 19

2.8.2.2 Kalt- , Halbwarm-, Warmumformung ............................................................................ 19

2.8.3 Fließkurven ............................................................................................ 20

3. Experimentell ....................................................................................................... 21

3.1 Werkstoff ............................................................................................................. 21

3.2 Betrachten des Lieferzustandes im Lichtmikroskop ............................................ 21

3.2.1 Bearbeiten der Probe ............................................................................. 22



3.2.1.1 Zuschneiden.................................................................................................................. 22

3.2.1.2 Polieren ......................................................................................................................... 23

3.2.1.3 Ätzen ............................................................................................................................. 25

3.3 Kaltverformung .................................................................................................... 26

3.4 Wärmebehandlung .............................................................................................. 28

3.5 Warmverformung ................................................................................................ 29

3.6 EBSD- Untersuchungen ...................................................................................... 31

3.7 Lichtmikroskopische Untersuchungen ................................................................. 35

3.8 Zener - Hollomon ................................................................................................ 36

4. Ergebnisse ........................................................................................................... 37

4.1 AA6082 im Lieferzustand .................................................................................... 37

4.2 Kaltverformung .................................................................................................... 39

4.3 Warmverformung ................................................................................................ 40

4.4 EBSD – Untersuchungen .................................................................................... 42

4.4.1 Lieferzustand ......................................................................................... 42

4.4.1.1 Daten der Proben .......................................................................................................... 42

4.4.1.2 Abbildungen der Proben ............................................................................................... 42

4.4.1.3 Diagramme.................................................................................................................... 44

4.4.2 Kaltverformt und wärmebehandelt ......................................................... 46


4.4.2.2 Daten der Proben .......................................................................................................... 48

4.4.2.3 Diagramme.................................................................................................................... 48

4.4.3 Warmverformt ........................................................................................ 50


4.4.3.2 Daten der Proben .......................................................................................................... 54

4.4.3.3 Diagramme.................................................................................................................... 58

4.5 Lichtmikroskopische Untersuchungen ................................................................. 61

4.6 Zener – Hollomon – Korrelation .......................................................................... 71



4.6.1 Subkorndurchmesser ............................................................................. 71

4.6.2 Korndurchmesser .................................................................................. 72

5. Zusammenfassung und Diskussion .................................................................. 73

5.1 Arbeitsablauf ....................................................................................................... 73

5.2 Ergebnisse Korngrößen ...................................................................................... 73

5.3 Ergebnisse Druckversuche ................................................................................. 75

5.4 Zener – Hollomon – Korrelation .......................................................................... 75

6. Glossar und Abkürzungen ................................................................................. 77

7. Verzeichnisse ...................................................................................................... 79

7.1 Literaturverzeichnis ............................................................................................. 79

7.2 Tabellenverzeichnis ............................................................................................ 79

7.3 Abbildungsverzeichnis......................................................................................... 80

7.4 Diagrammverzeichnis .......................................................................................... 82

7.5 Formeln ............................................................................................................... 83

8. Anhang ................................................................................................................. 84

8.1 Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramme ............................................................... 84

8.2 Ordner auf der CD ............................................................................................... 87



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.



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:



Mechanischer Kennwert Betrag und Einheit Streckgrenze Rp0,2 9,81 bis 98,1 MPa Zugfestigkeit Rm 39 bis 117,7 MPa Bruchdehnung A10 1 bis 45 % Brucheinschnürung Z 85 bis 99 % Brinelhärte 15 – 20 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]



4-5 t Bauxit

20-50 GJ thermische Energie

1-2 t Rotschlamm

2 t Aluminiumoxid

1 t Aluminium

Bayer-Prozess (Oxidfabrik)

Elektrolyse (Aluminiumhütte)

60-200 kg Bauxit

0,5 t Petrolkoks

Ersatz von Schmelzmittelverlusten

13-15 MWh

elektrische Energie

Abbildung 2.1: Einsatzstoffe und Prozessschema für die elektrolytische Aluminiumgewinnung [2]

2.4 Aluminiumlegierungen

2.4.1 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]



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.

2.4.2 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]



Diagramm 2.1: Zusammensetzung einiger AlMgSi- Legierungen [2]

Diagramm 2.2: Einfluss von Mg2Si 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

2.5.1 Erholung

Bei der Erholung kommt es zu Platzwechselvorgängen von Atomen und Leerstellen.

Dadurch werden Leerstellen besetzt. Bei der Erholung sind keine Gefügeänderungen



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]

2.5.2 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



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



3.1 Zusammensetzung

3.2 Werkstoffzustand

4. Numerisches Bezeichnungssystem mit Werkstoffnummern

4.1 Bezeichnung nach DIN 17007, Teil 4

4.2 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]



DIN EN DIN ISO Int.

Legierungsregister AA

EN AW-6060/ EN AW-AlMgSi

3.3206/ AlMgSi0,5

6060/AlMgSi

6060

AA 6060

Tabelle 2.4: Beispiel für die Umschlüsselung der Legierungsnummern [2]

Reihe Legierungstyp 1xxx Reinaluminium 2xxx Al + Cu (Mg, Pb, Bi) 3xxx Al + Mn (Mg) 4xxx Al + Si 5xxx Al + Mg (Mn) 6xxx Al + Mg + Si 7xxx Al + Zn + (Mg) + (Cu)

8xxx 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

2.7.1 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]

2.7.2 EBSD

Mittels Electron backscatter diffraction (EBSD) kann die Struktur von Kristallen

analysiert werden. Diese werden meist in Verbindung mit



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

2.8.1 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]



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



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]

2.8.2 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]

2.8.2.1 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]

2.8.2.2 Kalt- , Halbwarm-, Warmumformung

1. Zuordnung

Kaltumformung: Verfestigung und statische Entfestigung (TUmf < 0,3Ts)

Halbwarmumformung: Verfestigung, dynamische und statische Erholung

(TUmf ~ TR)

Warmumformung: Verfestigung, dynamische und statische Entfestigung

durch Erholung und Rekristallisation (TUmf > TR)

Aufgrund der thermischen Aktivierbarkeit der Entfestigungsvorgänge besteht eine

Temperatur- und Geschwindigkeitsabhängigkeit für die Halbwarm- und

Warmumformung. [3]



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]

2.8.3 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. ϕs ist jener Umformgrad, ab

dem nur mehr Rekristallisation zu erwarten ist.

Bei ϕ < 0,7 * ϕ kfmax: Dynamische Erholung. Es entsteht ein Zellgefüge mit

kleiner Winkelabweichung, aber hoher Versetzungsdichte.

Bei 0,7 * ϕ kfmax < ϕ < ϕs: Dynamische Erholung und Rekristallisation

Bei ϕ > ϕs: Dynamische Rekristallisation. Es entsteht ein feinkörniges

äquivalentes Korn.

Aus [3], wo auch verschieden Fließkurven abgebildet sind.



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 E112-88 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 E112-88 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).



Abbildung 3.1: Axioplan von Zeiss

3.2.1 Bearbeiten der Probe

Die Probe muss für lichtmikroskopische Untersuchungen im Wesentlichen drei

Arbeitsschritten unterzogen werden: Zuschneiden der Probe, polieren und ätzen.

3.2.1.1 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.

Digitalkamera

Okular

Probe

Objektiv

Isolationsplatte



Abbildung 3.2: Discotom-2 von Struers

3.2.1.2 Polieren

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



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 3.5: Poliermaschine von Struers

Abbildung 3.6: Eingebettete Probe



Abbildung 3.7: TegraPol-31 von Struers

3.2.1.3 Ätzen

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



Abbildung 3.8: LectroPol-5 von Struers 1/2

Abbildung 3.9: LectoPol-5 von Struers 2/2

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 1500.



Abbildung 3.10: Gleeble 1500

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

bewegter Schlitten fester Schlitten

Platz für Probe

Anschluss für Thermoelement

Wegaufnehmer



von statten gehen kann. Rt steht für Verformung bei Raumtemperatur.

Probe ϕ ϕ´ [1/s] l0 [mm] d0 [mm] Dateiname Rt01 1,08 1 15,12 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.

�� = �� (�

��

)

Formel 3.1: wahre Dehnung

� =�

�=

� ∗ �

�� ∗ ��

Formel 3.2: wahre Spannung

� ∗ � = �� ∗ �� Formel 3.3: Volumskonstanz

� = �� + �� Formel 3.4: aktuelle Länge

3.4 Wärmebehandlung

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



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.

Abbildung 3.12: High Therm von Linn

3.5 Warmverformung

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



werden, jedoch blieb eine gewisse Reibung zwischen Schlitten und Probe bestehen.

Dies führte zu etwas kleineren Durchmessern am Rand (d2) als in der Mitte (d1) der

Proben. RT beschreibt die Vorverformung bei Raumtemperatur und D steht für eine

Warmverformung (deformed).

Probe ϕ ϕ´ [1/s] l [mm] d1 [mm] d2 [mm] Datei T [°C]

RT10D 0,6 0,1 11,42 11,86 11,47 450_01_wq.d11 450 RT03D 0,6 1 11,47 11,36 11,29 450_1_wq.d08 450 RT05D 0,6 10 11,49 11,55 11,40 450_10_wq.d01 450 RT09D 0,6 0,1 11,50 11,66 11,34 550_01_wq.d01 550 RT07D 0,3 0,1 11,47 11,31 11,20 550_01_wq.d04 550 RT02D 0,6 10 11,40 1,55 11,23 550_10_wq.d01 550

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 d1 und d2

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



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:



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



Abbildung 3.15: AutoGrain von RT04_REK_01 bereinigt

Abbildung 3.16: Bearbeitung 1 von RT04-REK_01



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



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 dsub Probe kleinster dsub 6082st_L_02 2 RT02D_02-mitte_zoom 2 6082st_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 warmverformt RT01 RT02D RT04 RT03D RT12 RT05D

RT07D RT09D RT10D

Tabelle 3.8: im Lichtmikroskop analysierte Proben



Bei den warmverformten Proben wurden Bilder von verschiedenen Stellen der

Proben gemacht:

Abbildung 3.18: Probenabschnitte

3.8 Zener - Hollomon

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.

� = �´ ∗ ��

�∗�

Formel 3.5: Z – Zahl

Q = 149000 J/mol

R = 8,314 J/molK

T = Temperatur in Kelvin

Nun wurde in einem Diagramm (Ordinate = der Kehrwert des (Sub-)

Korndurchmessers (dsub) DKorn; 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.

Probenoberfläche

seite_rand

seite_mitte

mitte_rand

mitte_mitte



4. Ergebnisse

4.1 AA6082 im Lieferzustand

Für die Analyse der Korngröße mittels ASTM Designation E112-88 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 Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]

Korngrenzen Korndurchmesser

[µm] Verhältnis

AA6082_SP_ LZ_lang_10 horizontal

2690 2,5974 337 23,11

0,44 AA6082_SP_ LZ_lang_10 vertikal

3015 2,5974 172 52,03

AA6082_SP_ LZ_lang_10

5705 2,5974 509 32,53

AA6082_SP_ LZ_quer_06 horizontal

2690 2,5974 309 25,61

0,85 AA6082_SP_ LZ_quer_06 vertikal

3015 2,5974 296 30,14

AA6082_SP_ LZ_quer_06

5705 2,5974 605 27,92

Tabelle 4.1: Ergebnis Korngrößenermittlung Lichtmikroskop

Deutlich zu erkennen ist, dass die Körner in Strangpressrichtung gedehnt und quer

dazu annähernd gleichachsig sind.



Abbildung 4.1: AA6082_SP_LZ_lang_10 im Lichtmikroskop

Abbildung 4.2: AA6082_SP_LZ_quer_06 im Lichtmikroskop



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.

Diagramm 4.1: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm der Proben die mit EBSD untersucht wurden

0

50

100

150

200

250

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

σσ σσw

[N/m

m2]

εεεεw

wahre Spannung - Dehnung

RT01 DR:1/s D:1,08

RT04 DR:1/s D:0,4

RT12 DR:1/s D:0,3



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.

0

50

100

150

200

250

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35

σσ σσw

[N/m

m2]

εεεεw


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:0,3



Diagramm 4.3: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT09D, RT07D und RT02D

Diagramm 4.4: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT10D, RT03D und RT05D

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

σσ σσw

[N/m

m2]

εεεεw


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:0.6

0

10

20

30

40

50

60

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

σσ σσw

[N/m

m2]

εεεεw


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:0,6



4.4 EBSD – Untersuchungen

Die Orientierung aller IPF - Bilder ist folgende:

Abbildung 4.3: Orientierung aller Bilder

4.4.1 Lieferzustand

4.4.1.1 Daten der Proben

Daten der Analyse nach der Bereinigung von 6082st_L_02:

Fläche der Messung: Abstand zwischen 2 Messpunkten:

160 x 199 µm 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:


75 x 77 µm 0,35 µm


Tabelle 4.4: Daten von 6082st_L_04_zoom

4.4.1.2 Abbildungen der Proben

Abbildung 4.4 und Abbildung 4.5 zeigen die Inverse Pole Figure Bilder der Proben

6082st_L_02 und 6082st_L_04_zoom.



Abbildung 4.4: Inverse Pole Figure von 6082st_L_02

Abbildung 4.5: Inverse Pole Figure von 6082st_L_04_zoom



4.4.1.3 Diagramme

Diagramm 4.5 und Diagramm 4.6 zeigen die Korngröße und die Missorientierung der

Probe 6082st_L_02.

Diagramm 4.5: Korngröße von 6082st_L_02

Diagramm 4.6: Missorientierung von 6082st_L_02

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

1 10 100

Nu

mb

er F

rac

tio

n

Korndurchmesser [µm]

Korngröße 6082st_L_02

5°6082st_L_02

15°6082st_L_02

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

mb

er F

ract

ion

Missorientierung [°]

Missorientierung 6082st_L_02

6082st_L_02



Im Diagramm 4.8 und Diagramm 4.9 ist die Korngröße und die Missorientierung der

Probe 6082st_L_04_zoom ersichtlich.

Diagramm 4.7: Korngröße von 6082st_L_04_zoom

Diagramm 4.8: Missorientierung von 6082st_L_04_zoom

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

1 10 100

Nu

mb

er F

rac

tion


Korngröße 6082st_L_04_zoom

5°6082st_L_04_zoom

15°6082st_L_04_zoom

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Missorientierung 6082st_L_04_zoom

6082st_L_04_zoom



4.4.2 Kaltverformt und wärmebehandelt


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)



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)




Daten der Analyse nach der Bereinigung von RT01-REK_04 (D=0,6; DR=1/s):


300 x 300 µm 1 µm


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):


299 x 299 µm 1,1 µm



Daten der Analyse nach der Bereinigung von RT12-REK_01 (D=0,3; DR=1/s):

Breite der Messung: Abstand zwischen 2 Messpunkten:

299 x 299 µm 1,1 µm



4.4.2.3 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.



Diagramm 4.9: Korngröße (5°) der kaltverformten Proben

Diagramm 4.10: Korngröße (15°) der kaltverformten Proben

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Korngröße (5°) kaltverformt und wärmebehandelt

6082st_L_02 (LZ)

RT12-REK_01 (D: 0,3)

RT01-REK_04 (D: 1,08)

RT04-REK_01 (D: 0,4)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Korngröße (15°) kaltverformt und wärmebehandelt

6082st_L_02 (LZ)

RT12-REK_01 (D: 0,3)

RT01-REK_04 (D: 1,08)

RT04-REK_01 (D: 0,4)



Diagramm 4.11: Missorientierung der kaltverformten Proben

4.4.3 Warmverformt



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.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Missorientierung kaltverformt und wärmebehandelt

6082st_L_02 (LZ)

RT12-REK_01 (D: 0,3)

RT01-REK_04 (D: 1,08)

RT04-REK_01 (D: 0,4)



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)



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)



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)



Abbildung 4.15: Inverse Pole Figure von RT02D_01-mitte_zoom (T=550°C; Dehnrate=10/s;

Dehnung=0,6)


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] Verhältnis

RT10D_01 horizontal

2015 1,4925 381 9,04

0,66 RT10D_01 vertikal

1968 1,4925 555 5,94

RT10D_01 3983 1,4925 969 7,24

Tabelle 4.8: Ergebnis ASTM von RT10D_01

EBSD:


299 x 299 µm 1,1 µm


Tabelle 4.9: Ergebnis EBSD von RT10D_01



RT03D_01 (T=450°C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]


[µm] Verhältnis

RT03D_01 horizontal

2010 1,4925 249 13,29


1968 1,4925 310 10,50

RT03D_01 3978 1,4925 559 11,72


EBSD:


300 x 300 µm 0,8 µm



RT03D_02-mitte (T=450°C; Dehnrate=1/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]


[µm] Verhältnis

RT03D_02-mitte horizontal

2020 4,9586 736 15,52

0,77 RT03D_02-mitte vertikal

1968 4,9586 896 12,01

RT03D_02-mitte

3988 4,9586 1632 13,40

Tabelle 4.12: Ergebnis ASTM von RT03D_02-mitte

EBSD:


999 x 999 µm 1,9 µm


Tabelle 4.13: Ergebnis EBSD von RT03D_02-mitte



RT05D_02 (T=450°C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab Korngrenzen

[µm/mm] Subkorndurchmesser

[µm] Verhältnis

RT05D_02 horizontal

1947 1,4814 320 10,02


1981 1,4814 369 9,09

RT05D_02 3928 1,4814 689 9,45


EBSD:


299x 299 µm 1,3 µm



RT09D_01 (T=550°C; Dehnrate=0,1/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]


[µm] Verhältnis

RT09D_01 horizontal

2020 1,4925 273 12,17


1948 1,4925 369 9,03

RT09D_01 3968 1,4925 642 10,24


EBSD:


300 x 299 µm 0,9 µm





RT02D_01-mitte (T=550°C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]


[µm] Verhältnis

RT02D_01-mitte horizontal

2015 1,4925 286 11,60

0,84 AA6082_SP_ LZ_lang_10 vertikal

1960 1,4925 336 9,72

AA6082_SP_ LZ_lang_10

3975 1,4925 622 10,56

Tabelle 4.18: Ergebnis ASTM von RT02D_01-mitte

EBSD:


300 x 300 µm 0,8 µm


Tabelle 4.19: Ergebnis EBSD von RT02D_01-mitte

RT02D_02-mitte_zoom (T=550°C; Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6):


Probe Länge [mm]

Maßstab [µm/mm]


[µm] Verhältnis

RT02D_02-mitte_zoom horizontal

2729 0,2439 154 4,82

0,98 RT02D_02-mitte_zoom vertikal

3668 0,2439 154 4,73

RT02D_02-mitte_zoom

5397 0,2439 308 4,78

Tabelle 4.20: Ergebnis ASTM von RT02D_02-mitte_zoom

EBSD:


69 x 49 µm 0,17 µm


Tabelle 4.21: Ergebnis EBSD von RT02D_02-mitte_zoom



4.4.3.3 Diagramme

In den folgenden Diagrammen (Diagramm 4.12 bis Diagramm 4.17) ist RT12-

REK_01 der Ausgangszustand. Dieser wurde kaltverformt und anschließend

wärmebehandelt.

Diagramm 4.12: Korngröße (5°) 450°C

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tion


Korngröße (5°) 450°C

RT10D_01 (DR: 0,1/s)

RT03D_01 (DR: 1/s)

RT05D_02 (DR: 10/s)

RT03D_02-mitte (DR: 1/s)

RT12-REK_01 (AZ)




Diagramm 4.14: Missorientierung 450°C

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tio

n



RT10D_01 (DR: 0,1/s)

RT03D_01 (DR: 1/s)

RT05D_02 (DR: 10/s)


RT12-REK_01 (AZ)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Missorientierung 450°C

RT10D_01 (DR: 0,1/s)

RT03D_01 (DR: 1/s)

RT05D_02 (DR: 10/s)


RT12-REK_01 (AZ)





0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tio

n



RT09D_01 (DR: 0,1/s)


RT02D_02-mitte_zoom (DR: 10/s)

RT12-REK_01 (AZ)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

1 10 100 1000

Nu

mb

er F

rac

tio

n



RT09D_01 (DR: 0,1/s)



RT12-REK_01 (AZ)



Diagramm 4.17: Missorientierung 550°C

4.5 Lichtmikroskopische Untersuchungen


Es wurde auch hier wieder eine Vielzahl von Bildern in verschiedenen

Vergrößerungen erstellt. Alle Bilder sind auf der CD gespeichert, in dieser Arbeit sind

lediglich ein paar eingefügt.

Man sieht, dass oft die Körner am Rand der Probe größer sind als in der Mitte.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 10 20 30 40 50 60 70

Nu

mb

er F

rac

tio

n


Missorientierung 550°C

RT09D_01 (DR: 0,1/s)



RT12-REK_01 (AZ)



Probe RT01 (D=1,08; DR=1/s; kaltverformt und wärmebehandelt):

Abbildung 4.16: RT01 Bild: 10_20




Probe RT04 (D=0,4 [0,1+0,3]; DR=1/s; kaltverformt und wärmebehandelt):





Probe RT12 (D=0,3; DR=1/s; kaltverformt und wärmebehandelt):





Probe RT02D (T=550°C; DR=10/s):

Abbildung 4.22: RT02D Bild: mitte_mitte_5_10

Abbildung 4.23: RT02D Bild: mitte_rand_4_10



RT03D (T=450°C; DR=1/s):





RT05D (T=450°C; DR=10/s):


Abbildung 4.27: RT05D Bild: mitte_mitte_1_2.5



RT07D (T=550°C; DR=1/s):





RT09D (T=550°C; DR=0,1/s):





RT10D (T=450°C; DR=0,1/s):


Abbildung 4.33: RT10D Bild: seite_mitte_1_10



4.6 Zener – Hollomon – Korrelation

4.6.1 Subkorndurchmesser

DR=Dehnrate

Die angegebenen Subkorndurchmesser wurden mittels ASTM ermittelt.

Probe T [°C] ϕ´ [1/s] Z ln(Z) dsub [µm] 1/dsub [1/µm] RT10D_01 450 0,1 5793899700 22,481 7,24 0,13 RT03D_02

-mitte 450 1 57938997001 24,78 13,40 0,074

RT05D_02 450 10 5,7939E+11 27,08 9,45 0,105 RT09D_01 550 0,1 285388443,8 19,46 10,24 0,097 RT02D_01

-mitte 550 10 28538844382 24,07 10,56 0,094

Tabelle 4.22: Berechnung der Z – Zahl und Kehrwert des Subkorndurchmessers

Diagramm 4.18: Darstellung der Proben im 1/dsub - ln(Z) – Diagramm für Subkörner

Ergebnis:

C0 = -0,0014

B0 = 0,1353

R02 = 0,0296



4.6.2 Korndurchmesser

DR=Dehnrate

Die angegebenen Korndurchmesser (15°) wurden mittels EBSD ermittelt.

Probe T [°C] ϕ´ [1/s] Z ln(Z) Dkorn [µm] 1/Dkorn [1/µm] RT10D_01 450 0,1 5793899700 22,48 12,5 0,08 RT03D_02-

mitte 450 1 57938997001 24,78 23,1 0,043

RT05D_02 450 10 5,7939E+11 27,08 14,66 0,068 RT09D_01 550 0,1 285388443,8 19,46 14,98 0,066 RT02D_01-

mitte 550 10 28538844382 24,07 17,56 0,056

Tabelle 4.23: Berechnung der Z – Zahl und Kehrwert des Korndurchmessers

Diagramm 4.19: Darstellung der Proben im 1/dsub - ln(Z) – Diagramm für Körner

Ergebnis:

C1 = -0,0013

B1 = 0,0943

R12 = 0,074



5. Zusammenfassung und Diskussion

5.1 Arbeitsablauf

Um einen ersten Eindruck zu gewinnen wurde der Lieferzustand nach einer

entsprechenden Vorbehandlung im Lichtmikroskop betrachtet. Danach wurden

zylindrische Proben Kaltverformt um die innere Energie zu erhöhen. Anschließend

erfolgte eine Wärmebehandlung um eine rekristallisierte Struktur zu bekommen. Als

nächstes erfolgte die Warmumformung bei verschiedenen Dehnraten und

Temperaturen. Daraufhin wurden mittels EBSD der Lieferzustand, einige

kaltverformte (plus wärmebehandelte) Proben und alle warmverformten Proben

analysiert und die Korngröße bei Korngrenzenwinkel von 5° und 15° ermittelt. Nun

wurden die Proben zusätzlich noch mit dem Lichtmikroskop untersucht, um einen

globaleren Eindruck der Proben zu bekommen. Zuletzt wurde noch eine lineare

Funktion erstellt, die den Kehrwert des Korndurchmessers in Abhängigkeit der

Verformungstemperatur und der Dehnrate errechnen lässt.

5.2 Ergebnisse Korngrößen

Die folgende Tabelle wiedergibt die Korngrößendurchmesser in µm.

EBSD 5° = Körner dessen Grenzen mehr als 5° betragen

EBSD 15° = Körner dessen Grenzen mehr als 15° betragen

ASTM = Mit EBSD Bilder ausgewertet wo Subkorngrenzen ab 2° ersichtlich sind;

außer mit * gekennzeichnete Werte, diese wurden von Lichtmikroskopbilder

gewonnen.

Zur Erinnerung: Die Probe RT04-REK wurde bis 0,1 Dehnug vorgedrückt.

k. A. bedeutet keine Angabe bzw. diese Untersuchung wurde nicht durchgeführt.

D = Dehnung

DR = Dehnrate

T = Temperatur



Probe EBSD 5° EBSD 15° ASTM

AA6082_SP_LZ_Lang_10 k. A. k. A. 32,53*

(h:23,11* v:52,03*)

AA6082_SP_LZ_Quer_06 k. A. k. A. 27,92*

(h:25,61* v:30,14*) 6082st_L_02 6,62 8,33 k. A. 6082st_L_04_zoom 5,84 6,2 k. A. RT01-REK_04 (D=1,08; DR=1/s)

9,31 9,59 k. A.

RT04-REK_01 (D=0,4 [0,1+0,3]; DR=1/s)

19,45 20,9 k. A.

RT12-REK_01 (D=0,3; DR=1/s)

19,72 29,07 k. A.

RT10D_01 (T=450°C; DR=0,1/s)

8,02 12,5 7,24

RT03D_01 (T=450°C; DR=1/s)

9,27 18,24 11,72

RT03D_02-mitte (T=450°C; DR=1/s)

12,68 23,1 13,4

RT05D_02 (T=450°C; DR=10/s)

9,23 14,67 9,45

RT09D_01 (T=550°C; DR=0,1/s)

10,89 14,98 10,24

RT02D_01-mitte (T=550°C; DR=10/s)

11,24 17,56 10,56

RT02D_02-mitte_zoom (T=550°C; DR=10/s)

9,64 10,21 4,78

Tabelle 5.1: Zusammenfassung der Korn- und Subkorndurchmesser in µm

Diskussion:

♦ An der Probe AA6082_SP_LZ ist ersichtlich, dass die Körner in

Strangpressrichtung langezogen sind, quer dazu allerdings annähernd

gleichachsig sind. Die horizontalen Werte der Korngröße sind, wie erwartet, fast

gleich, da es sich ja um die gleiche Richtung handelt.

♦ Vergleicht man Lichtmikroskopie und EBSD Messungen des Lieferzustands von

AA6082, so fällt auf dass die EBSD Werte viel kleiner sind, obwohl es sich um

dasselbe Stück (nur andere Probe) handelt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass

im Lichtmikroskop zwar die Körner ersichtlich sind, aber die Frage natürlich offen

bleibt, ab welchem Winkel. Sieht man sich die Missorientierung der Probe

6082st_L_02 (Seite 44) an, so sieht man, dass die Anzahl der Körner bei 30°

schon viel geringer ist als bei 15°.

♦ Der Unterschied zwischen 6082st_L_04_zoom und 6082st_L_02 ist darauf



zurückzuführen, dass Erstere eine Vergrößerung ist, und dadurch die Messung

genauer ist. Weiters sind auch weniger „größere“ Körner vorhanden. Dadurch

kommt es zu ein wenig kleineren Werten. Dasselbe gilt auch für die Probe RT02D.

♦ Bei den kaltverformten und wärmebehandelten Proben sind die Körner und

Subkörner umso kleiner, je größer die Dehnung ist, da sich mehrere Keime bilden

können.

♦ Im Wesentlichen sind die ASTM Werte (Subkorngröße) immer ein wenig kleiner

oder fast gleich der EBSD 5° Werte. Daraus folgt, dass die durchschnittliche

Subkorngröße in etwa gleich ist mit der durchschnittlichen Korngröße bei

Korngrenzenwinkel von 5°. Größere Werte bei ASTM als bei EBSD 5° deuten auf

einen kleinen Messfehler in einer der beiden Messungen hin.

5.3 Ergebnisse Druckversuche

Kaltverformung:

♦ Bis auf die Proben RT01 und RT04 lieferten alle anderen Versuche ähnliche

Fließkurven und diese zeigen alle eine Verfestigung. RT01 wurde mehr gestaucht

als die anderen Proben (bis Dehnung 1). RT04 wurde bis 0,1 Dehnung

vorgedrückt, deshalb sind eine Streckgrenze und höhere Spannungswerte

ersichtlich.

Warmverformung:

♦ Umso schneller die Versuche durchgeführt wurden (höhere Dehnrate), umso höher

waren die Spannungswerte.

♦ Etwas unerwartet ist der Spannungsabfall der Probe RT09D. In Diagramm 8.3 auf

der Seite 85 ist ersichtlich, dass es eine kleine Temperaturschwankung gab. Damit

war eine Kraftänderung verbunden und somit kam es zum Spannungsabfall.

5.4 Zener – Hollomon – Korrelation

Bei den warmverformten Proben kann keine Bestimmtheit zwischen den

Subkorngrößen bzw. Korngrößen und der Temperatur bzw. Dehnrate gefunden

werden. Dies bestätigt auch das kleine Bestimmtheitsmaß (=R²) in den Diagrammen

auf den Seiten 71 und 72. Der Wert C0 muss normaler Weise positiv sein und nicht

negativ. Diese Analyse zeigt, dass der durchschnittliche Korndurchmesser nicht sehr



aussagekräftig ist.

Im Nachhinein gesehen ist das auch verständlich:

Nimmt man eine Fläche an, wo alle Körner annähernd gleich groß sind, so wird auch

der durchschnittliche Korndurchmesser einen brauchbaren Wert liefern. Gibt es

allerdings wenige, aber dafür sehr große Körner (welche vielleicht 80% der Fläche

einschließen), würde man auch dementsprechend einen größeren Durchschnittswert

erwarten. In den übrigen 20% der Fläche können sich aber immer noch sehr viele

kleine Körner befinden, die den Durchschnittswert wieder deutlich verringern.

Die Folgerung ist daher, dass man die Körner auch in Relation zur Fläche setzen

muss.



6. Glossar und Abkürzungen Ausscheidungen:

Viele Mischkristallsysteme zeichnen sich durch eine deutliche

Temperaturabhängigkeit der maximalen Löslichkeiten für die zu legierenden

Elemente aus. Damit können durch rasches Abkühlen von hohen Temperaturen

thermodynamisch instabile, an den Legierungselementen übersättigte Zustände

erzeugt werden, die im Verlauf einer anschließenden Wärmebehandlung durch

Ausscheiden der Legierungselemente in elementarer Form oder in Form von

Verbindungen in den Gleichgewichtszustand übergehen können. [4]

bzw:

beziehungsweise

Diffusion:

Unter Diffusion versteht man den Stofftransport in gasförmigen, flüssigen oder festen

Medien, wobei der Stofftransport durch Platzwechselvorgänge der jeweiligen

Elementarbausteine (Atome, Ionen, Moleküle) erfolgt. [5]

dynamische Erholung oder Rekristallisation:

dynamisch bedeutet während der Verformung

Einschlüsse:

Einlagerungen von unerwünschten Stoffen (z.B.: nichtmetallische Einschlüsse)

Gefüge und Körner:

Die meisten metallischen Körper bestehen nicht nur aus einem einzigen Kristall,

sondern aus einer lückenlosen Aneinanderfügung unregelmäßig begrenzter

Kristallite. Einen solchen Festkörper bezeichnet man als einen Viel- oder Polykristall,

er stellt einen Festkörper mit inhomogener Punktstruktur dar. Als Gefüge bezeichnet

man nun die innere Gliederung eines solchen Vielkristalls, sein Kennzeichen ist das

Auftreten von Grenzflächen (Korngrenzen) zwischen den Kristalliten (Körnern). [4]

kfz:

kubisch flächenzentriert

Kryolithschmelze:

Schmelze von Na3AIF6



Seigerung:

Darunter versteht man verschiedene Entmischungserscheinungen, die beim

Erstarren von Schmelzen auftreten können und die zu Inhomogenitäten des Gefüges

führen. Beispiel: Schwerkraftseigerung, bei der eine schichtenförmige Überlagerung

von verschieden schweren Schmelzen entsteht. [4]

Stapelfehlerenergie:

Notwendige Energie zur Bildung eines Stapelfehlers. [4]

Subkorngrenze:

Kleine Korngrenzenwinkel (bis etwa 15°), sie trennen Subkörner

Substruktur:

Struktur der Subkörner und Subkorngrenzen

z. B.:

zum Beispiel



7. Verzeichnisse

7.1 Literaturverzeichnis

[1] EBSD: Wikipedia. (20. Mai 2009). Abgerufen am 01. Juli 2009 von

Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Electron_Backscatter_Diffraction

[2] Kammer, C. (1998). Aluminium- Taschenbuch (15. Ausg., Bd. 1). (A.-Z.

Düsseldorf, Hrsg.) Düsseldorf: Aluminium-Verlag.

[3] Lehnert, W. (1996). Aluminium- Taschenbuch (15 Ausg., Bd. 2). (A.-Z.

Düsseldorf, Hrsg.) Düsseldorf: Aluminium-Verlag.

[4] Schumann, H., & Heinrich, O. (2005). Metallographie (14. Ausg.).

Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmBH & Co.

[5] Stampfl, J., & Degischer, H. P. (2007). Grundlagen der

Werkstoffwissenschaft - Vorlesunsgsskriptum. Wien.

7.2 Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1: Physikalische Eigenschaften von Aluminium [2] ...................................... 8

Tabelle 2.2: mechanische Kennwerte von Reinaluminium [2] ..................................... 9

Tabelle 2.3: Legierungselemente [2] ......................................................................... 10

Tabelle 2.4: Beispiel für die Umschlüsselung der Legierungsnummern [2] ............... 16

Tabelle 2.5: Bezeichnungen von Aluminium und Aluminiumknetlegierungen für

Halbzeug nach DIN EN [2] ................................................................................ 16

Tabelle 3.1: Einstellungen für halbautomatisches Schleifen ..................................... 24

Tabelle 3.2: Ätzeinstellungen .................................................................................... 25

Tabelle 3.3: Daten der Proben bei der Kaltverformung ............................................. 28

Tabelle 3.4: Daten der Proben bei der Warmverformung .......................................... 30

Tabelle 3.5: EBSD- analysierte Proben ..................................................................... 32

Tabelle 3.6: Parameter für Bearbeitung 2 ................................................................. 34

Tabelle 3.7: kleinster Subkorndurchmesser in µm .................................................... 35

Tabelle 3.8: im Lichtmikroskop analysierte Proben ................................................... 35

Tabelle 4.1: Ergebnis Korngrößenermittlung Lichtmikroskop .................................... 37

Tabelle 4.2: Länge der Proben nach der Kaltverformung .......................................... 39

Tabelle 4.3: Daten von 6082st_L_02 ........................................................................ 42



Tabelle 4.4: Daten von 6082st_L_04_zoom .............................................................. 42

Tabelle 4.5: Daten von RT01-REK_04 ...................................................................... 48



Tabelle 4.8: Ergebnis ASTM von RT10D_01 ............................................................ 54

Tabelle 4.9: Ergebnis EBSD von RT10D_01 ............................................................ 54

Tabelle 4.10: Ergebnis ASTM von RT03D_01 .......................................................... 55

Tabelle 4.11: Ergebnis EBSD von RT03D_01 .......................................................... 55

Tabelle 4.12: Ergebnis ASTM von RT03D_02-mitte ................................................. 55

Tabelle 4.13: Ergebnis EBSD von RT03D_02-mitte .................................................. 55





Tabelle 4.18: Ergebnis ASTM von RT02D_01-mitte ................................................. 57

Tabelle 4.19: Ergebnis EBSD von RT02D_01-mitte .................................................. 57

Tabelle 4.20: Ergebnis ASTM von RT02D_02-mitte_zoom ....................................... 57

Tabelle 4.21: Ergebnis EBSD von RT02D_02-mitte_zoom ....................................... 57

Tabelle 4.22: Berechnung der Z – Zahl und Kehrwert des Subkorndurchmessers ... 71

Tabelle 4.23: Berechnung der Z – Zahl und Kehrwert des Korndurchmessers ......... 72

Tabelle 5.1: Zusammenfassung der Korn- und Subkorndurchmesser in µm ............ 74

7.3 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1: Einsatzstoffe und Prozessschema für die elektrolytische

Aluminiumgewinnung [2] ................................................................................... 10

Abbildung 2.2: Vorgänge bei der Erholung und Rekristallisation [5].......................... 13

Abbildung 2.3: EBSD Abbildung [1] ........................................................................... 17

Abbildung 2.4: Faserverlauf [3] ................................................................................. 18

Abbildung 3.1: Axioplan von Zeiss ............................................................................ 22

Abbildung 3.2: Discotom-2 von Struers ..................................................................... 23

Abbildung 3.3: LaboPol-21 Struers ........................................................................... 24

Abbildung 3.4: Tec 25 von Telsonic .......................................................................... 24

Abbildung 3.5: Poliermaschine von Struers .............................................................. 24



Abbildung 3.6: Eingebettete Probe ............................................................................ 24

Abbildung 3.7: TegraPol-31 von Struers ................................................................... 25

Abbildung 3.8: LectroPol-5 von Struers 1/2 ............................................................... 26

Abbildung 3.9: LectoPol-5 von Struers 2/2 ................................................................ 26

Abbildung 3.10: Gleeble 1500 ................................................................................... 27

Abbildung 3.11: Gleeble Versuchsaufbau ................................................................. 27

Abbildung 3.12: High Therm von Linn ....................................................................... 29

Abbildung 3.13: Quanta 200F ................................................................................... 31

Abbildung 3.14: AutoGrain von RT04_REK_01 ohne Bereinigung ........................... 32

Abbildung 3.15: AutoGrain von RT04_REK_01 bereinigt .......................................... 33

Abbildung 3.16: Bearbeitung 1 von RT04-REK_01 ................................................... 33

Abbildung 3.17: Bearbeitung 2 von RT04-REK_01 ................................................... 34

Abbildung 3.18: Probenabschnitte ............................................................................ 36

Abbildung 4.1: AA6082_SP_LZ_lang_10 im Lichtmikroskop .................................... 38

Abbildung 4.2: AA6082_SP_LZ_quer_06 im Lichtmikroskop .................................... 38

Abbildung 4.3: Orientierung aller Bilder ..................................................................... 42

Abbildung 4.4: Inverse Pole Figure von 6082st_L_02 ............................................... 43

Abbildung 4.5: Inverse Pole Figure von 6082st_L_04_zoom .................................... 43

Abbildung 4.6: Inverse Pole Figure von RT01-REK_04 (D=0,6; DR=1/s) ................. 46

Abbildung 4.7: Inverse Pole Figure von RT04-REK_01 (D=0,4 [0,1+0,3]; DR=1/s) .. 47

Abbildung 4.8: Inverse Pole Figure von RT12-REK_01 (D=0,3; DR=1/s) ................. 47

Abbildung 4.9: Inverse Pole Figure von RT10D_01 (T=450°C; Dehnrate=0,1/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 51

Abbildung 4.10: Inverse Pole Figure von RT03D_01 (T=450°C; Dehnrate=1/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 51

Abbildung 4.11: Inverse Pole Figure von RT03D_02-mitte (T=450°C; Dehnrate=1/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 52

Abbildung 4.12: Inverse Pole Figure von RT05D_02 (T=450°C; Dehnrate=10/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 52

Abbildung 4.13: Inverse Pole Figure von RT09D_01 (T=550°C; Dehnrate=0,1/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 53

Abbildung 4.14: Inverse Pole Figure von RT02D_01-mitte (T=550°C; Dehnrate=10/s;

Dehnung=0,6) ................................................................................................... 53



Abbildung 4.15: Inverse Pole Figure von RT02D_01-mitte_zoom (T=550°C;

Dehnrate=10/s; Dehnung=0,6) ......................................................................... 54

Abbildung 4.16: RT01 Bild: 10_20 ............................................................................. 62






Abbildung 4.22: RT02D Bild: mitte_mitte_5_10 ......................................................... 65

Abbildung 4.23: RT02D Bild: mitte_rand_4_10 ......................................................... 65




Abbildung 4.27: RT05D Bild: mitte_mitte_1_2.5 ........................................................ 67






Abbildung 4.33: RT10D Bild: seite_mitte_1_10 ......................................................... 70

7.4 Diagrammverzeichnis

Diagramm 2.1: Zusammensetzung einiger AlMgSi- Legierungen [2] ........................ 12

Diagramm 2.2: Einfluss von Mg2Si auf die Zugfestigkeit [2] ...................................... 12

Diagramm 2.3: Änderung der Versetzungsdichte bei der Umformung [3] ................. 18

Diagramm 3.1: Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramm der Probe RT10D ................. 30

Diagramm 4.1: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm der Proben die mit EBSD

untersucht wurden ............................................................................................ 39

Diagramm 4.2: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm der Proben die nicht mit

EBSD untersucht wurden ................................................................................. 40

Diagramm 4.3: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT09D,

RT07D und RT02D ........................................................................................... 41



Diagramm 4.4: wahres Spannungs- Dehnungsdiagramm für die Proben RT10D,

RT03D und RT05D ........................................................................................... 41

Diagramm 4.5: Korngröße von 6082st_L_02 ............................................................ 44

Diagramm 4.6: Missorientierung von 6082st_L_02 ................................................... 44

Diagramm 4.7: Korngröße von 6082st_L_04_zoom .................................................. 45

Diagramm 4.8: Missorientierung von 6082st_L_04_zoom ........................................ 45

Diagramm 4.9: Korngröße (5°) der kaltverformten Proben ........................................ 49

Diagramm 4.10: Korngröße (15°) der kaltverformten Proben .................................... 49

Diagramm 4.11: Missorientierung der kaltverformten Proben ................................... 50

Diagramm 4.12: Korngröße (5°) 450°C ..................................................................... 58

Diagramm 4.13: Korngröße (15°) 450°C ................................................................... 59

Diagramm 4.14: Missorientierung 450°C .................................................................. 59

Diagramm 4.15: Korngröße (5°) 550°C ..................................................................... 60

Diagramm 4.16: Korngröße (15°) 550°C ................................................................... 60

Diagramm 4.17: Missorientierung 550°C .................................................................. 61

Diagramm 4.18: Darstellung der Proben im 1/dsub - ln(Z) – Diagramm für Subkörner

.......................................................................................................................... 71

Diagramm 4.19: Darstellung der Proben im 1/dsub - ln(Z) – Diagramm für Körner .... 72






7.5 Formeln

Formel 3.1: wahre Dehnung ...................................................................................... 28

Formel 3.2: wahre Spannung .................................................................................... 28

Formel 3.3: Volumskonstanz ..................................................................................... 28

Formel 3.4: aktuelle Länge ........................................................................................ 28

Formel 3.5: Z – Zahl .................................................................................................. 36

Formel 3.6: Grundaussehen der linearen Trendlinie ................................................. 36



8. Anhang

8.1 Temperatur- und Kraft- Zeitdiagramme

DR=Dehnrate; D=Dehung












8.2 Ordner auf der CD

♦ Bachelorarbeit_Hauser

• Dokumente

∗ Scans

• EBSD

∗ Kaltverformung

− Analyse

− RT01-REK_04

− RT04-REK_01

− RT12-REK_01

∗ LZ

− 6082st_L_02

− 6082st_L_04_zoom

∗ Warmverformung

− Analyse

− RT02D_01-mitte

− RT02D_02-mitte_zoom

− RT03D_01

− RT03D_02-mitte

− RT05D_02

− RT09D_01

− RT10D_01

• Fotos_Labor

• Gleeble

∗ Kalt

∗ Warm

• Lichtmikroskop

∗ Kaltverformt

− AA6082_RT01_SP_KV_WB





∗ LZ

∗ Warmverformt

− RT02D

▪ 2.5

▪ 10

▪ 20

− RT03D

▪ 2.5

▪ 10

▪ 20

− RT05D

▪ 2.5

▪ 10

− RT07D

▪ 2.5

▪ 10

▪ 20

− RT09D

▪ 2.5

▪ 10

▪ 20

▪ 50

− RT10D

▪ 2.5

▪ 10

▪ 20

Documents

Untersuchung der dynamischen und statischen ...Ziel der Arbeit ist es, die unterschiedlichen Gefügestrukturen und Gefügeänderungen von AA6082 Aluminium bei verschiedenen Temperaturen,