Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2592
Main Title: Influence of alloying elements on the microstructure and mechanical properties of extruded Mg-Zn based alloys
Translated Title: Einfluss der Legierungselemente auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von stranggepressten zinkhaltigen Magnesium-Legierungen
Author(s): Meza García, Enrique
Advisor(s): Reimers, Walter
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Zusatzes von Zink, Zirkon und Cer-Mischmetall auf die Mikrostruktur des gegossenen Vormaterials, auf das indirekte Strangpressverfahren, die Mikrostrukturentwicklung und die mechanischen Eigenschaften von Magnesium und Magnesiumlegierungen untersucht. Es wurde gefunden, dass die Korngröße der Gusslegierungen durch den Korngrößenwachstumsfaktor (Q) geregelt wird. Die Bedeutung des Q-Faktors steht in Zusammenhang mit der Möglichkeit, die resultierende Korngroße in den gegossenen Billets vorherzusagen, deren Wert stark das Verformungsverhalten der Legierung während des Strangpressens beeinflusst. Die Korngröße und die chemische Zusammensetzung waren die wichtigsten Kennwerten der Billets, die für die Strangpressversuche genutzt wurden. Ihr Einfluss auf den Prozess wurde anhand der Strangpresskräfte und -temperaturen analysiert, die lokal während des Prozesses gemessen wurden. Die Eingangskorngröße der gegossenen und homogenisierten Billets ging linear in den Verlauf der Profiltemperatur ein. Darüber hinaus war ein merklicher Zusammenhang zwischen den stationären Strangpresskräften und den Profiltemperaturen festzustellen, welcher spezifisch für eine konstante Strangpressgeschwindigkeit einen linearen Verlauf zeigte. Korrelationen zwischen Eingangskorngröße und Temperatur sowie Temperatur und stationären Strangpresskräften erlauben uns, die daraus resultierende Strangpresstemperatur und -kraft als Funktion der Eingangskorngröße für eine bestimmte Legierung vorherzusagen. Um eine Korrelation zwischen dem Umformverhalten und der daraus resultierenden Mikrostruktur der stranggepressten Profile zu finden, wurde der Zener-Hollomon Parameter (Z) unter Berücksichtigung der Prozesskennwerte genutzt. Es wurde festgestellt, dass das Umformverhalten legierungselementabhängig ist und es mit der Aktivierung der dynamischen Rekristallisation korreliert. Die wichtigste Vorgehensweise bei der Ermittlung des Z-Parameters besteht in der Nutzung der Möglichkeit, die legierungselementabhängigen Umformvariablen des Strangpressprozesses mit der resultierenden Mikrostruktur, d.h. der durchschnittlichen rekristallisierten Korngröße zu korrelieren. Der Rekristallisationsvorgang wurde durch Texturmessungen in den stranggepressten Profilen untersucht. Sie zeigten eine Entwicklung der Texturkomponenten in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Z-Parameter auf. Diese Entwicklung wurde mit der Homogenität des rekristallisierten Gefüges korreliert und die Rolle der intermetallischen Phasen diskutiert. Eine Wärmebehandlung der ausgewählten stranggepressten Profile erlaubte eine nachfolgende Untersuchung des statischen Rekristallisationsvorgangs dieser Legierungen. Die mechanischen Eigenschaften der stranggepressten Profile wurden mit dem resultierenden Gefüge korreliert. Hall-Petch Schaubilder wurden verwendet um den Einfluss der Korngröße der Legierungselemente auf die Streckgrenze von der Zug-Druck-Asymmetrie zu separieren. Da das Zug-Druck-Asymmetrieverhalten ebenfalls durch Textur beeinflusst wird, war es möglich, die ermittelte Texturinformation in die Schaubilder zu integrieren, um ihren Einfluss auf das Fließverhalten besser zu verstehen. Die erzielten Ergebnisse in dieser Arbeit zeigen Korrelationen zwischen Anfangslegierungszuständen und Prozessvariablen, was darauf hinweist, dass sowohl die resultierende Mikrostruktur als auch die mechanischen Eigenschaften durch eine passende Einstellung der ausgewählten Legierungen und der Prozessparameter maßgeschneidert werden können. Die meisten dieser Korrelationen basierten auf experimentell verifizierten phänomenologischen Annahmen, die zuverlässige Kennwerte für weiterführende Untersuchungen und Entwicklungen zur gezielten Eigenschaftseinstellung von Magnesiumlegierungen für den Strangpressprozess liefern.
In the present work, the influence of the additions of Zinc, Zirconium and Cerium-Mischmetall on the casting, indirect extrusion processing, microstructural development and resulting mechanical properties of magnesium and magnesium alloys were investigated. It was found that grain size of the cast alloys is controlled by a grain growth factor (Q) mechanism. The importance of Q factor is related to the possibility of predicting the grain size of the cast billet, a parameter which influenced strongly the deformation response of the alloy during extrusion. Grain size and chemical composition were the principal variables of the billets used for indirect extrusion experiments. Their influence on processing was analysed in terms of the extrusion forces and temperatures measured locally during process. The initial grain size of the cast and homogenised billets showed a linear relationship with the profile temperature. Moreover, a noteworthy relationship was found between steady state forces and profile temperatures, showing a linear relationship specific for a constant extrusion speed. Correlations between initial grain size-temperature and temperature-steady state force allow us to predict the resulting extrusion temperature and load as function of the initial grain size for a specific alloy. In order to find a correlation between the deformation response and the resulting microstructure of the extruded profiles, Zener-Hollomon parameter (Z) was determined using process variables. It was found that deformation response is alloy composition dependent and it is correlated with the activation of dynamic recrystallisation. The most important contribution of the determination of Z values is the possibility to correlate alloy dependent deformation variables during extrusion with the resulting microstructure; i.e. the resulting average recrystallised grain size. Recrystallisation process was analysed by texture measurements on the extruded profiles. They revealed a singular development of texture components in function of alloy composition and Z parameter. This development was correlated with the homogeneity of the recrystallised microstructure and the role of intermetallic particles was discussed. Annealing treatment of selected extruded profiles allowed a subsequent analysis of the static recrystallisation process of these alloys. Mechanical properties of the extruded profiles were correlated with the resulting microstructure. Hall-Petch plots were used to separate the effects of grain size from that of the alloying elements on the yield strength and yield asymmetry. Since yield asymmetry behaviour is also influenced by texture, it was possible to integrate texture information in the plots to understand better its influence on the yield behaviour. Obtained results in this work show correlations between initial alloy conditions and process variables indicating that the resulting microstructure and mechanical properties can be estimated by an appropriate set-up of selected alloy compositions and process parameters. Most of these correlations were based on proved phenomenological assumptions, which make them reliable values of reference for additional research and development of appropriate magnesium alloys for such processing.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-27987
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2889
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2592
Exam Date: 15-Jul-2010
Issue Date: 11-Oct-2010
Date Available: 11-Oct-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Knetlegierung
Magnesiumlegierung
Rekristallisation
Strangpressen
Texture
Extrusion
Magnesium alloy
Recrystallisation
Texture
Wrought alloy
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