Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4335
Main Title: Characterization of the structure and precipitation process in Al-Mg-Si and Al-Mg-Ge casting alloys
Translated Title: Charakterisierung der Struktur und Präzipitationprozess in die Al-Mg-Si und Al-Mg-Ge-Gußlegierungen
Author(s): Boyko, Viktoriya
Referee(s): Reimers, Walter
Schneider, Wolfgang
Banhart, John
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Al-Mg-Si-Legierungen, welche neuerdings in der Gießerei verwendet werden, weisen eine exzellente Kombination aus Härte und Duktilität auf, aber es liegen kaum Informationen über ihre Zusammensetzung, Struktur und Phasen sowie die Ausscheidungsprozesse bei der Wärmebehandlung vor. Für das Al-Mg-Ge-System trifft dies in noch stärkere Maße zu. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist darum die Erweiterung des Wissensstands bezüglich Struktur, Zusammensetzung und Ausscheidungen in Al-Mg-Si- und Al-Mg-Ge-Legierungen sowie nach Zulegierung von Mangan und Lithium sowie Scandium in Verbindung mit Zirkon. Diese Untersuchungen wurden für 9 experimentelle Legierungen nach dem Guss, der Lösungsglühung und der Auslagerung durchgeführt und mit 3 kommerziellen Legierungen verglichen. Die eutektischen Temperaturen von Al-Mg-Si und Al-Mg-Ge wurden kalorimetrisch ermittelt und ergaben 587.0°C bzw. 629.0°C. Für die Legierung der nominalen Zusammensetzung AlMg7Si besteht die Struktur im Gusszustand aus den 4 Bestandteilen: Al-Mischkristall, Al/Mg2Si-Eutektikum, primäre Mg2Si-Kristalle und Al(Mn,Fe)Ge-α-Phase. Nach zwei Tagen natürlicher Alterung traten im Mischkristall aller Legierungen Ausscheidungen auf, welche zebrastreifenartig angeordnet sind. TEM Untersuchungen ergaben, dass es sich dabei um heterogene Nukleation an Versetzungen handelt. Die Lösungsglühung bei 575.0°C führt zur Sphärodisierung des Eutektikums, der Auflösung der Ausscheidungen und der Entstehung von -Al(Mn,Fe)Si-Dispersoiden an den Oberflächen von Mg2Si und Mg2Ge-Lamellen. In den Legierungen mit Sc+Zr Zusätzen wurde nach 120 min Glühung die Bildung von Al3(Sc1-xZrx)-Ausscheidungen beobachtet, welche im weiteren Verlauf wachsen. Die Auslagerung der Al-Mg-Si- und Al-Mg-Ge-Legierungen bewirkt einen Anstieg ihrer Härte, hauptsächlich durch Ausscheidungshärtung. Die Entmischung der α-Matrix führt in Al-Mg-Si-Legierungen zur β"-Phase, in Al-Mg-Ge-Legierungen zur U1Ge-Phase. In Legierungen mit Lithiumzusatz trat eine plattenförmige Mg2Si-β-Phase auf zusammen mit kleinen würfelförmigen δ'-Al3Li-Ausscheidungen. Die Ergebnisse wurden verglichen mit denen dreier kommerzieller Legierungen, nämlich Magsimal 59 (Al-Mg-Si System), A201.0 (Al-Cu-System) und A356.0 (Al-Si-Mg-System). Die Makro- und Mikrohärte der neuentwickelten Legierungen liegen unter denen der hochfesten A201-Legierung, sind aber besser als von A356.0. Damit wurde gezeigt, dass das Al-Mg-Si und Al-Mg-Ge-System erfolgversprechend sind für das Design neuartiger Gusslegierungen und für die Entwicklung Li-haltiger Gusslegierungen mit reduzierter Dichte.
The Al-Mg-Si alloys recently applied in foundry show an excellent combination of strength and plasticity, but information about composition structure phases and the effect of heat treatment on the precipitation process are rather scanty. Even less information is available for the Al-Mg-Ge system. Therefore, the aim of this thesis is to provide the knowledge about structure, composition and precipitates in nine Al-Mg-Si and Al-Mg-Ge casting alloys with and without Mn, Li and Sc+Zr additions. Three conditions, as cast, solution treated and aged, were investigated and the results were compared with those of three commercial alloys. The eutectic melting temperatures for both systems were recorded by differential scanning calorimetry and gave for Al-Mg-Si – 587.0°C, for Al-Mg-Ge – 629.0°C. It was shown that in as-cast state, the structure of an alloy having the nominal composition AlMg7Si3 consists of four phases: first - the Al based solid solution, second - the (Al)+(Mg2Si) eutectic, third - the primary Mg2Si crystals and fourth – the α-Al(Mn,Fe)Si phase. Similar phases were observed in the AlMg4.3Ge6.49 alloy: Al based solid solution, (Al)+(Mg2Ge) eutectic, primary Mg2Ge crystals and α-Al(Mn,Fe)Ge. After two days of storing in an as-cast condition, the solid solution in all tested alloys decomposes and forms zebra-crossing shaped precipitates. TEM examinations revealed that these precipitates nucleate heterogeneously on dislocations. The solution treatment at 575.0°C results in spheroidization of the eutectic, dissolution of the precipitates and formation of α-Al(Mn,Fe)Si dispersoids, nucleating on the surfaces of Mg2Si and Mg2Ge lamellas. In the Sc+Zr containing alloys, the formation of Al3(Sc1-xZrx) was detected after 120 min soaking. Further heating resulted in the growth of these precipitates. Aging of the Al-Mg-Si and the Al-Mg-Ge alloys leads to an increase of hardness in all studied alloys. This effect is mainly related to precipitation strengthening, via solid solution decomposition and formation of β"-phase in the Al-Mg-Si alloys and U1Ge phase in the Al-Mg-Ge alloys. Additionally, in Li-alloyed specimens, plates of β Mg2Si phase were observed together with small cubic-shaped δ' Al3Li precipitates. The obtained results were compared with those of three commercial casting alloys, namely Magsimal 59 (Al-Mg-Si system), A201.0 (Al-Cu system) and A356.0 (Al-Si-Mg system). The macro and microhardness properties of the developed alloys are lower than those of the high strength A201.0 alloy, but higher than those of A356.0 casting alloy. This demonstrates the promising potential of the Al-Mg-Si and the Al-Mg-Ge system for the design of novel casting alloys and the development of the first Li-containing casting alloys with reduced density.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-62257
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4632
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4335
Exam Date: 19-Aug-2014
Issue Date: 11-Feb-2015
Date Available: 11-Feb-2015
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Aluminium-Gußlegierungen
Al-Mg-Si System
Al-Mg-Ge Sysytem
Zulegierung
Lithium
Präzipitation
Warmauslagern
Aluminium alloys
Al-Mg-Si system
Al-Mg-Ge sysytem
alloying
Lithium
presipitation
artificial aging
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 3 Prozesswissenschaften » Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
boyko_viktoriya.pdf14.05 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.