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Mikrostruktur und Eigenschaften stranggepresster sowie kaltverformter Messinglegierungen
Reetz, Björn
Die vorliegende Arbeit soll zum Verständnis der mikrostrukturellen sowie der Gefügeentwicklung beim Strangpressen und bei Kaltverformung von Messinglegierungen sowie der daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften beitragen. Zur Charakterisierung des Strangpressens wurden Bolzen verschiedener Messinglegierungen im direkten bzw. indirekten Verfahren mit unterschiedlichen Verfahrensparametern verpresst. Die Variation des Zinkgehalts gestattet die Untersuchung aller relevanten Parameter wie elastische Anisotropie, Stapelfehlerenergie und Gleitverhalten, Versetzungsdichte und –anordnung, Zwillingsbildung, Textur und Phasengehalte. Mittels Licht- und Elektronenmikroskopie mit Electron Backscattered Diffraction (EBSD), Härtemessungen sowie Laborröntgen- und Synchrotronröntgenbeugung zwecks Phasen-, Textur-, Eigenspannungs- und Linienprofilanalysen wurden die Mikrostrukturen und Gefüge nach dem Strangpressen charakterisiert und hinsichtlich der Strangpressparameter einerseits sowie der mechanischen Eigenschaften der Strangpressprodukte andererseits diskutiert. Durch das Strangpressen wird das Gussgefüge der eingesetzten Bolzen infolge des Zusammenspiels von plastischer Verformung, Erholung, Rekristallisation und im Fall von CuZn37 sowie CuZn40Pb2 Phasenumwandlungen eingeformt, homogenisiert und in ein verfeinertes Gefüge überführt. Die Kenntnis des Zusammenhanges zwischen den Srangpressparametern und der Korngrößenverteilung, Texturkomponenten und der Phasengehalte erlauben die gezielte Einstellung der Festigkeit und des Umformvermögens der Strangpressprodukte. An unterschiedlich stark verformten Proben aus im wesentlichen CuZn37 wurde die mikrostrukturelle Entwicklung bei Kaltstauchung untersucht. Das Gefüge und die Mikrostrukturen der kaltgestauchten Proben wurden mit den bereits zuvor genannten Methoden sowie mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) charakterisiert und bezüglich der mechanischen Zwillingsbildung sowie der Versetzungsbewegung diskutiert. Die Nichtlinearitäten und hkl-Abhängigkeiten der röntgenographisch ermittelten sin2psi-Verläufe, verursacht durch richtungsabhängige Mikroeigenspannun-gen, wurden charakterisiert und vor dem Hintergrund der experimentell bestimmten Mikrostrukturen und deren Entstehung interpretiert. Für die Beschreibung der experimentellen Nichtlinearitäten und hkl-Abhängigkeiten der sin2psi-Verläufe gelangten das Reuss- bzw. das Sachs-Modell unter Berücksichtigung der Mikro-strukturen zum Einsatz.
The thesis aims at the understanding of the microstructural evolution during the hot extrusion and cold deformation of brass alloys and the mechanical properties which result from the microstructures. The hot extrusion comprised direct and indirect extrusion with different extrusion parameters. In order to allow the discussion of the influence of the elastic anisotropy, stacking fault energy, dislocation sliding, twinning, crystallographic texture and the phase contents on the hot extrusion process, the brass alloys' zinc contents investigated here range from 10 weight-%. to 40 weight-%. Light and electron microscopy (SEM) with Electron Backscattered Diffraction (EBSD), hardness measurements and laboratory res. synchrotron X-ray analyses for means of phase, texture, residual stress and line profile analyses were performed for the microstructural characterisation of the extrudates. The results were discussed in respect with the hot extrusion parameters, on the one hand, and the mechanical properties of the extrudates, on the other hand. The interaction of plastic deformation, recovery, recrystallisation and, considering CuZn37 and CuZn40Pb2, phase transformations results in homogeneous microstructures with fine grain sizes compared to the initial state. The knowledge of how the hot extrusion parameters affect the grain sizes distribution, the texture components and the extrudates' phase contents allow to produce extrudates with well defined mechanical strength res. formability. Microstructural evolution during cold deformation was mainly investigated on CuZn37. The methods already mentioned above in combination with transmission electron microscopy (TEM) served for the microstructural characterisation of the cold deformed samples and the interpretation in respect with both dislocation sliding and twinning. The nonlinearities and the hkl-dependencies of the sin2psi-distributions obtained by the means of x-ray analysis were also investigated and discussed in respect with the microstructures from cold deformation. The development of the hkl-dependent residual stresses and the oscillations could be related to different microstructures induced by cold deformation. The Reuss-model res. the Sachs-model, taking into account the microstructures, suits well to describe the oscillations in d-sin2psi-curves associated with the hot extrusion process res. the cold deformation.
