Clustering and Precipitation in Al-Mg-Si Alloys

Cluster- und Ausscheidungsbildung in Al-Mg-Si-Legierungen

  • The influence of temperature history on clustering and precipitation is studied. Al-0.4 wt.% Mg-1.0 wt.% Si alloy with a very low level of impurities and Al-0.4 wt.% Mg-1.0 wt.% Si with 0.25 wt.% Fe and 0.08 wt.% Mn are the main alloys in order to understand the mechanism and kinetics of clustering and precipitation and the influence of intermetallics. Other alloys with additions of 0.01 wt.% Cr or 0.04 wt.% Cu are also used to elucidate the role of small additional elements on clustering and prThe influence of temperature history on clustering and precipitation is studied. Al-0.4 wt.% Mg-1.0 wt.% Si alloy with a very low level of impurities and Al-0.4 wt.% Mg-1.0 wt.% Si with 0.25 wt.% Fe and 0.08 wt.% Mn are the main alloys in order to understand the mechanism and kinetics of clustering and precipitation and the influence of intermetallics. Other alloys with additions of 0.01 wt.% Cr or 0.04 wt.% Cu are also used to elucidate the role of small additional elements on clustering and precipitation. The main findings of this work are: Two main processes occur during clustering at room temperature. During the first, small clusters form by diffusion of quenched-in vacancy and solute atoms. As the solute concentration in the matrix is reduced, vacancies are then trapped by the clusters. During the second process, coagulation of existing clusters occurs and big clusters form. Upon natural ageing, the number density of the precipitates formed during AA decreases while their size increases. The main reason causing a negative effect on subsequent artificial ageing is the formation of smaller clusters which lower the solute concentration in the matrix and capture vacancies. The presence of intermetallics stimulates recrystallisation and finer grains can be obtained after solutionising. However, the Fe-rich intermetallics do not completely dissolve during solutionising, and lower the Si concentration in the matrix, thus reducing the volume fraction of both clusters and precipitates. Cr addition has no direct influence on clustering and precipitation, but Cu hinders the first clustering process and therefore the negative strength response by natural ageing is reduced. Cu also influences the precipitation sequence because more kinds of precipitates are formed.show moreshow less
  • Der Einfluss der Temperaturgeschichte auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung wird untersucht. Eine hochreine Al-0.4 Gew.% Mg 1,0 Gew.% Si-Legierung und eine Al-0.4 Gew.% Mg 1,0 Gew. % Si -Legierung mit 0,25 Gew. % Fe und 0,08 Gew..% Mn als Verunreinigungen sind die wichtigsten Legierungen, um den Mechanismus und die Kinetik, sowie den Einfluss von intermetallischen Verbindungen auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung zu verstehen. Weitere Legierungen mit Zusätzen von 0,01 Gew. % Cr oder 0,0Der Einfluss der Temperaturgeschichte auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung wird untersucht. Eine hochreine Al-0.4 Gew.% Mg 1,0 Gew.% Si-Legierung und eine Al-0.4 Gew.% Mg 1,0 Gew. % Si -Legierung mit 0,25 Gew. % Fe und 0,08 Gew..% Mn als Verunreinigungen sind die wichtigsten Legierungen, um den Mechanismus und die Kinetik, sowie den Einfluss von intermetallischen Verbindungen auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung zu verstehen. Weitere Legierungen mit Zusätzen von 0,01 Gew. % Cr oder 0,04 Gew..% Cu werden verwendet, um den Einfluss von kleinen Mengen zusätzlich eingebrachter Elemente auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung aufzuklären. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit sind: Zwei Hauptprozesse treten während der Clusterbildung bei Raumtemperatur auf. Während des ersten Prozesses bilden sich kleine Cluster durch Diffusion von gelösten Atomen, welche durch eingeschreckte Leerstellen ermöglicht wird. Während im Laufe der Clusterbildung die Konzentration an gelösten Legierungsatomen in der Matrix immer weiter reduziert wird, werden mehr und mehr Leerstellen in den Clustern eingefangen. Im Laufe des zweiten Prozesses findet eine Koagulation der vorhandenen Clustern statt und es bilden sich so größere Cluster. Durch die natürliche Alterung nimmt die Anzahldichte der Ausscheidungen, die nach dem Warmauslagern gebildet werden, ab, während ihre Größe zunimmt. Für die negative Wirkung auf nachfolgende Warmauslagerungen ist hauptsächlich die Bildung von kleineren Clustern, die die Konzentration an gelösten Legierungsatomen und Leerstellen in der Matrix verringern, verantwortlich. Die Anwesenheit von intermetallischen Verbindungen regt die Rekristallisation an, und so erhält man feinere Körner nach dem Lösungsglühen. Allerdings werden die Fe-reichen intermetallischen Verbindungen während des Lösungsglühens nicht vollständig aufgelöst. Dies führt zu einer geringeren Si-Konzentration in der Matrix, und so zu einem verringertem Volumenanteil von Clustern und Ausscheidungen. Zusätze von Cr haben keinen direkten Einfluss auf die Cluster- und Ausscheidungsbildung. Cu als zusätzliches Legierungselement behindert hingegen die erste Stufe der Clusterbildung und damit wird der negative Effekt durch natürliche Alterung verringert. Cu beeinflusst auch die Ausscheidungsequenz in Al-Mg-Si-Legierungen, da zusätzliche Arten von Ausscheidungen gebildet werden.show moreshow less

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Metadaten
Author: Zeqin Liang
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-37473
Advisor:Prof. Dr. John Banhart
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2012/11/28
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Date of final exam:2012/11/01
Release Date:2012/11/28
Tag:Al-Mg-Si-Legierung; Ausscheidungsbildung; Clusterbildung
Al-Mg-Si; Clustering; Precipitation
Institutes:Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien
Dewey Decimal Classification:000 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke
Licence (German):License LogoCC BY-NC-SA 2.0 DE: Creative Commons-Lizenz: Namensnennung, nicht kommerziell, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 2.0 Deutschland