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Einfluss der thermomechanischen Behandlung auf die Mikrostruktur und Textur von Magnesiumflachhalbzeugen

Nienaber, Maria Johanna

FG Metallische Werkstoffe

Die geringe Dichte von Magnesiumlegierungen macht diese zu idealen Werkstoffen für die Gewichtsreduzierung von Bauteilen. Der Einsatz von Magnesiumflachprodukten ist aufgrund der begrenzten Umformbarkeit bei Raumtemperatur und der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften schwierig. Der Grund für die limitierte Umformbarkeit ist die hexagonale Kristallstruktur von Magnesium und die bei einer Massivumformung entstehende Ausbildung einer starken kristallographischen Textur. Für eine Verbesserung der Umformeigenschaften von Flachprodukten ist es daher wichtig zu verstehen, wie die Mikrostruktur und Textur durch die Legierungselemente in Abhängigkeit des Herstellungsprozesses beeinflusst wird. In der vorliegenden Arbeit wurden Flachprodukte unter Variation der Prozesstemperatur zum einen über den konventionellen Walzprozess und zum anderen mittels direktem Strangpressverfahren hergestellt. Der tragende Mechanismus für die Gefügeentwicklung ist beim Walzen die statische Rekristallisation (SRX) und beim Strangpressen die dynamische Rekristallisation (DRX). Der Legierungseinfluss wurde auf Basis einer yttriumhaltigen Magnesiumlegierung, der Zn, Mn, Ca in geringen Mengen zulegiert wurden, analysiert (W1, WZ10, WZM100, WZX100, WZMX1000). Als Vergleichslegierung wurde AZ31 gewählt, um den Einfluss von SE auf die RX-Mechanismen auszuschließen. Eine systematische Analyse aller Zustände fand mittels metallographischen Gefügeanalysen und XRD-Texturmessungen statt. EBSD-Messungen an ausgewählten Zuständen dienten dazu, zwischen relevanten Gefügefraktionen und deren Texturen zu unterscheiden. Die Gefügefraktionen und die Texturen wurden mit den Rekristallisationsmechanismen korreliert. Die Ermittlung der mechanischen Halbzeugeigenschaften bei Raumtemperatur erfolgte zum einen durch uniaxiale Zugversuche in Längs- und in Querrichtung und zum anderen durch biaxiale Erichsenversuche. Diese Arbeit macht deutlich, von welcher zentralen Bedeutung es ist, sowohl den Einfluss des Prozesses als auch den Beitrag die der Legierungselemente auf die Verformungs- und Rekristallisationsmechanismen zu verstehen. Es kann eine klare Korrelation zwischen Prozessparametern, Mikrostruktur- bzw. Texturentwicklung und den daraus resultierenden Umformeigenschaften für die in dieser Arbeit verwendeten Legierungen aufgezeigt werden. Es zeigt sich, dass Legierungselemente in Abhängigkeit des Prozesses unterschiedliche Wirkungen auf die Mikrostruktur- und Texturentwicklung haben können. Dies liegt an den vom Prozess abhängigen, vorherrschenden dynamischen oder statischen Rekristallisationsmechanismen. Die hier dargestellte umfassende Studie des Legierungseinflusses zeigt, dass sich Ca in Hinblick auf eine Verbesserung der Halbzeugeigenschaften bei Raumtemperatur als Zulegierungselement für die WZ10-Legierung nicht eignet. Dies gilt für Flachprodukte, die sowohl durch den Walzprozess als auch durch das Strangpressen hergestellt werden. Der Grund hierfür ist ein beschleunigtes, statisches und dynamisches Rekristallisationsverhalten durch Ca in Y-Zn-haltigen Legierungen und den dadurch resultierenden, veränderten Texturentwicklungen. Zudem wird in dieser Arbeit detailliert zwischen der statischen (Doppelpeak in QR) und dynamischen SE-Texturkomponente (Doppelpeak in SR/WR) unterschieden und die Entwicklung der quadrupolen Textur ausführlich erörtert.
The low density of magnesium alloys makes them an ideal material for reducing the weight of structural components. The use of magnesium flat products is difficult due to the limited formability at room temperature and the anisotropy of the mechanical properties. The reason for the limited formability is the hexagonal crystal structure of magnesium and the formation of a strong crystallographic texture resulting from the massive forming. Therefore, to improve the mechanical and forming properties of flat products, it is necessary to know precisely how the microstructure and texture are influenced by alloying elements as a function of the manufacturing process. In the present thesis, flat products have been produced by varying the process temperature, on the one hand, via the conventional rolling process and, on the other hand, by direct extrusion. The supporting mechanisms for microstructure development are static recrystallization (SRX) during rolling and dynamic recrystallization (DRX) during extrusion. The influence of alloying was analyzed on the basis of a magnesium alloy containing yttrium and alloyed in small amounts with Zn, Mn, Ca (W1, WZ10, WZM100, WZX100 and WZMX1000). AZ31 has been chosen as a comparative alloy to exclude the influence of RE on the RX mechanisms. A systematic analysis of all conditions was carried out by metallographic microstructural analysis and XRD texture measurements. EBSD measurements on selected conditions were used to distinguish between relevant microstructural fractions and their textures. The microstructural fractions and the textures were correlated with the recrystallization mechanisms. The mechanical properties at room temperature of the semi-finished products were determined by uniaxial tensile tests in the longitudinal and transverse directions and by biaxial Erichsen cupping tests. This work highlights the fundamental importance of understanding both the influences of the process and the alloying elements on the deformation and recrystallization mechanisms. A clear correlation can be shown between process parameters, microstructure or texture development and the resulting forming properties for the alloys used in this work. It can be seen that alloying elements can have different effects on microstructure and texture development depending on the process. This is due to the prevailing dynamic or static recrystallization mechanisms depending on the manufacturing route. The comprehensive study of the alloy influence shows that Ca is not suitable as an alloying element for the WZ10 alloy in terms of improving the semi-finished product properties at room temperature. This is valid for flat products which were produced by both rolling process and direct extrusion. And it could be demonstrated for the first time on an accelerated static and dynamic recrystallization behavior by Ca and the resulting changed texture developments. Furthermore, this work clearly distinguishes for the first time between the static (double peak in TD) and dynamic RE texture components (double peak in ED/RD) and discusses the development of the quadruple texture in detail.