Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8160
Main Title: Grundlegende Charakterisierung des Strangpressprozesses pressnahtbehafteter Magnesium - Hohlprofile
Subtitle: experimentelle und numerische Betrachtungen
Translated Title: Fundamental charactarization of the porthole die extrusion process for magnesium hollow profiles
Translated Subtitle: experimental and numerical examination
Author(s): Gensch, Felix
Advisor(s): Müller, Sören
Referee(s): Reimers, Walter
Kainer, Karl Ulrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Durch das Strangpressen von Magnesiumwerkstoffen über Kammerwerkzeuge lassen sich komplexere Hohlprofilgeometrien darstellen als durch Verwendung eines Dornes. Jedoch beinhalten so hergestellte Pressprodukte zumeist zwei oder mehrere Längspressnähte, die sich in der Mikrostruktur und daher den mechanischen Eigenschaften lokal vom umgebenden Gefüge unterscheiden können. Daher ist eine Untersuchung der Einflüsse der Prozessparameter beim Strangpressen auf die Ausprägung dieser Längspressnähte notwendig, um die Verwendbarkeit der Hohlprofile bewerten zu können. Der Einfluss sowohl des Strangpressprozesses als auch nachgeschalteter Wärmebehandlungen und Reckprozesse, die für das Erreichen der erforderlichen Geradheit der Profile notwendig sind, wurde unter Verwendung der Magnesiumlegierungen AZ31 und ME21 ausführlich charakterisiert. Die Variation vorrangig des Pressverhältnisses und der Produktgeschwindigkeit führt zu einer deutlichen Veränderung der Hohlprofileigenschaften, wobei das resultierende Eigenschaftsspektrum auch signifikant von der betrachteten Legierung abhängig ist. Grundlegend weisen beide Werkstoffe eine planare Anisotropie in den mechanischen Eigenschaften auf. Diese ist im Fall der Legierung AZ31 auf die richtungsabhängige Aktivierung des {101 ̅2}〈101 ̅1〉 – Zugzwillingssystems zurückzuführen, bei der Legierung ME21 bestimmt maßgeblich die Schmid – Faktor abhängige Aktivierung der basalen <a> – Gleitung die mechanischen Eigenschaften. Die Längspressnähte in AZ31 – Hohlprofilen führen durch größere Korndurchmesser und verstärkte Basaltexturen mit Ausrichtung der c – Achse in transversaler Richtung zu einer lokal erhöhten mechanischen Anisotropie. In den ME21 – Hohlprofilen hingegen führt maßgeblich die charakteristische Textur der Pressnaht zu einer Reduktion der mechanischen Anisotropie. Für beide Legierungen führt jedoch eine Erhöhung des Pressverhältnisses zur Verringerung von Unterschieden des Gefüges und der Textur zwischen Pressnaht und pressnahtfreiem Material und somit auch zu weniger unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften. Der an das Strangpressen anschließende Reckprozess bei Raumtemperatur führt durch Kaltverfestigung zu einem deutlichen Anstieg der Rp0,2 – Streckgrenzen durch anfänglich hohe Verfestigungsraten. Durch gezielte Wärmebehandlungen kann die Kaltverfestigung durch statische Erholung und im Fall AZ31 in Verbindung mit moderatem Kornwachstum wieder aus den Profilen abgebaut werden. Durch Variationen des Reckgrades bei einem Profil aus der Legierung ME21 in Verbindung mit anschließenden Wärmebehandlungen wurde an Hand von Kornwachstum und damit verbundener Modifizierung der Seltene Erden - Textur der Gefügeunterschied zwischen Pressnaht und pressnahtfreiem Material abgeschwächt. Mittels Finiter Elemente Methode wurde zudem die Anfälligkeit der ME21 – Legierung, Oberflächenfehler zu produzieren, maßgeblich auf Zugspannungen und lokal erhöhte Umformgrade an der Profiloberfläche im Presskanal zurückgeführt.
Extrusion of magnesium alloy using porthole dies enables the production of increasingly complex hollow profile geometries as compared to simple cross sections when using mandrel extrusion. However, press products produced in this way usually contain two or more longitudinal weld seams, which may differ locally from the surrounding material with respect to the microstructure and therefore the mechanical properties. Therefore, an investigation of the influences of the process parameters during extrusion on the formation of longitudinal weld seams is necessary in order to assess the applicability of the hollow sections. The influence of both the extrusion process and the downstream heat treatments and stretching processes necessary to achieve the required straightness of the profiles has been extensively characterized using the magnesium alloys AZ31 and ME21. The variation primarily of the extrusion ratio and the product speed leads to a significant change in the hollow profile properties, the resulting property spectrum also being significantly dependent on the considered alloy. Basically, both materials have a planar anisotropy in the mechanical properties. In the case of the alloy AZ31, this is due to the directional activation of the {101 ̅2}〈101 ̅1〉 – tensile twinning system; in the case of the alloy ME21, the Schmid – factor dependent activation of basal <a> slip is decisive. The longitudinal weld seams in AZ31 hollow profiles lead to a locally increased mechanical anisotropy due to larger grain sizes and enhanced basal textures with alignment of the c – axis towards the transverse direction. In contrast, in the ME21 hollow sections, the characteristic texture of the weld seam leads to a reduction of the mechanical anisotropy. For both alloys, however, an increase in the compression ratio leads to a reduction in differences in microstructure and texture between the weld seam and the seam – free material, and thus also in less different mechanical properties. The stretching process at room temperature following the extrusion leads to a significant increase in yield strength due to strain hardening due to initially high hardening rates. Through selected heat treatments, cold work hardening can be removed again by static recovery and in the case of AZ31 in combination with moderate grain growth. By variation of the degree of stretching of a profile of the alloy ME21 in connection with subsequent heat treatments, the difference in microstructure between the weld seam and the seam – free material was weakened by grain growth and the associated modification of the rare – earth texture. In addition, the susceptibility of the ME21 alloy to produce surface defects was largely attributed to tensile stresses and locally increased degrees of deformation on the profile surface in the bearing channel of the porthole die.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9059
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8160
Exam Date: 17-Dec-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 12-Mar-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Strangpressen
Magnesium
Hohlprofile
Pressnähte
Mikrostruktur
Extrusion
Magnesium
hollow profiles
weld seams
microstructure
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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