Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4029
Main Title: Zur Texturentwicklung von gewalzten Seltenen-Erden-haltigen Magnesium-Knetlegierungen
Translated Title: On the texture development of rolled rare-earth-containing wrought magnesium alloys
Author(s): Hantzsche, Kerstin
Advisor(s): Reimers, Walter Karl U.
Kainer, Karl U.
Referee(s): Reimers, Walter
Kainer, Karl U.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Einem breiten industriellen Einsatz von Magnesium-Knetlegierungen, insbesondere von Magnesium-Blechen, stehen deren eingeschränkte Umformbarkeit bei geringen Temperaturen und eine Anisotropie der mechanischen Eigenschaften entgegen. Bisherige Untersuchungen, die Umformbarkeit der Bleche durch Prozess- und Legierungsmodifikationen zu verbessern, zeigten, dass der Blechtextur dabei eine herausragende Bedeutung zukommt. Insbesondere bei Mg-Zn-Legierungen mit Seltenen Erden (SE) konnte eine Texturabschwächung in Verbindung mit einer Änderung der typischen basalen Blechtextur hin zu einer Textur mit Querrichtungskomponenten beobachtet werden. Es fehlte jedoch ein grundlegendes Verständnis für die Wirksamkeit der einzelnen Legierungselemente, speziell der SE-Elemente, auf die Texturentwicklung beim Walzen. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit Walzversuche an binären Systemen mit den wichtigsten Vertretern Mg-Y, Mg-Nd und Mg-Ce durchgeführt. Die Elementgehalte wurden dabei so variiert, dass sowohl Legierungen aus dem Mischkristall- als auch aus dem Zwei-Phasen-Gebiet untersucht werden konnten. Um die Wirkung der Kombination aus Zn und SE auf die Texturentwicklung diskutieren zu können, wurden zusätzlich ternäre Mg-Zn-SE-Bleche untersucht. An Blechproben im gewalzten und wärmebehandelten Zustand wurden neben den Mikrostrukturen die Texturen mittels XRD- und EBSD-Messungen analysiert. Dies ermöglichte die Einflüsse der SE auf das texturbestimmende Deformations- und Rekristallisationsverhalten aufzudecken. Durch die Zugabe von SE zu Mg werden während des Walzens verstärkt Zwillingsbildung und nicht-basale Versetzungsbewegungen (<c+a>-Gleitung) aktiviert. Während der Rekristallisation bilden sich vermehrt Keime an Zwillingen und Scherbändern aufgrund des hohen Verformungsanteils in diesen Regionen. Das Kornwachstum wird dabei durch die Wirksamkeit von Zener-Pinning (Ce und Nd) oder Solute-Drag (Y) gehemmt. Diese Veränderungen des Deformations- und Rekristallisationsverhaltens bewirken mit steigendem SE-Gehalt eine Abschwächung der starken Basaltexturen und die Anlage einer Querrichtungskomponente, was mit der Löslichkeit des jeweiligen SE in Mg verbunden ist. Die SE in Kombination mit Zn erhöhen die Aktivität pyramidaler und prismatischer Gleitsysteme während der Umformung. Bei der Rekristallisation in den Mg-Zn-SE-Legierungen lässt sich eine Hemmung des Kornwachstums in Verbindung mit dem Wachstum bevorzugter Orientierungen nachweisen, so dass sich, neben der Randomisierung der Textur, eine ausgeprägte Querrichtungs-komponente bildet. Insgesamt bieten damit die SE, besonders in Verbindung mit Zn, ein großes Potential für ein erfolgreiches Texturdesign von Magnesiumknetlegierungen. Dabei ist es nicht entscheidend, welches SE-Element verwendet wird. Ausschlaggebend ist vielmehr die Menge, da schon geringe Konzentrationsänderung die Gefüge- und Texturentwicklung signifikant beeinflussen.
A widespread use of wrought magnesium alloys, especially magnesium sheets, is restricted by its limited formability at low temperatures and anisotropic mechanical behaviour. Previous studies to increase the formability of the Mg-sheets by modification of process parameters and alloying composition showed the vital importance of the sheet texture. In particular Mg-Zn-alloys with additions of rare earth (RE) elements exhibit lower texture intensity and the formation of a texture with off-basal components tilted towards the transverse direction instead of the typical basal sheet texture. However, a basic understanding of the effects of the alloying elements, particularly the RE, on the texture development during rolling had been missing. Therefore, in the present study rolling experiments were carried out with the main important binary systems Mg-Y, Mg-Nd and Mg-Ce. The compositions were varied to examine alloys with the RE elements in solute solution and alloys that form precipitates. Additionally, ternary Mg-Zn-RE-sheets were studied in order to discuss the influence of the RE elements in combination with Zn on the texture development. Samples of each sheet were analysed in the as rolled as well as in a heat treated condition regarding their microstructures and textures using XRD and EBSD measurements. Thus, the influences of the RE elements on the deformation and recrystallization behaviour, which determine the texture development, could be revealed. The RE elements cause in Mg increasing activity of twinning and non-basal dislocation movement (<c+a>-dislocations) during the rolling. During the annealing most of the grains start to recrystallize at the twins and shear bands due the high amount of deformation in these regions. Zener-pinning (Ce and Nd) or solute drag (Y) are the observed mechanisms which lead to a restriction of the following grain growth. These alterations of the deformation and recrystallization mechanisms generate a randomisation of the strong basal textures and the beginning of off-basal texture components. The RE elements in combination with Zn increase the activity of pyramidal and prismatic slip systems during the deformation. During the annealing of the Mg-Zn-SE-sheets the general grain growth is slowed while grains with preferred orientations are growing which lead to a randomization of the sheet texture and the formation of distinct off-basal texture components tilted towards the transverse direction. Altogether, the RE elements, especially in combination with Zn, offer an immense potential to control and design the texture of wrought magnesium alloys. Thereby, it is not the type of RE – Y, Nd or Ce – but the quantity which is important, because minor changes of the RE concentration can significantly alter the microstructure and texture development.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-50341
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4326
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4029
Exam Date: 1-Apr-2014
Issue Date: 2-Jun-2014
Date Available: 2-Jun-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Deformation
Magnesiumknetlegierung
Rekristallisation
Seltene Erden
Walzen
Deformation
Magnesium wrought alloys
Rare earth elements
Recrystallization
Rolling
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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