TEM-Analysis of precipitates in the Al-Mg2Si alloy system

Abstract

Der Ausscheidungszustand von mehreren Proben der Al-Mg-Si Legierung EN AW-6082 wurde mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Al-Mg-Si Legierungen sind aushärtbar und zeigen eine Zunahme der Härte nach spezieller Wärmebehandlung, verursacht durch die Ausbildung kleiner, fein dispergierter Ausscheidungen der Neben-Legierungselemente .<br />5 Proben dieser Legierung wurden variierenden Wärmebehandlungen unterzogen, dannach für TEM präpariert und auf ihre Mikrostruktur hin untersucht. Die Wärmebehandlungen unterschieden sich sowohl in der Haltetemperatur nach dem Abschrecken (Kaltauslagerung), als auch in der Auslagerungszeit der Wärmebehandlung (Warmauslagerung). Mittels TEM wurden die Morphologie, die Phase und die Teilchendichte der Ausscheidungen bestimmt. Zusätzlich wurden differenz-kalorimetrische Untersuchungen und Brinell-Härtemessungen durchgeführt.<br />Die gefundenen Ausscheidungen in allen untersuchten Proben waren vom Typ pre-beta'', beta'' oder beta'.<br />Die Proben die bei Raumtemperatur für 15 min kaltausgelagert wurden (Nr.<br />1 und 2) beinhalteten sphärische Ausscheidungen vom Typ pre-beta'', wohingegen die Proben mit Kaltauslagerung bei 50°C/15 min (Nr. 3-5) nadelförmige Ausscheidungen, hauptsächlich vom beta''-Typ, beinhalteten.<br />Die Unterschiede in der Mikrostruktur verursacht durch die verschiedenen Dauern der Warmauslagerung sind vernachlässigbar für die Proben Nr. 1 und 2 (Kaltauslagerung bei RT/15 min), und klein für die Proben Nr. 3 und 4 (Kaltauslagerung bei 50°C/15 min) mit nur geringer Zunahme der Ausscheidungslängen.<br />Eine Referenzprobe mit T6-Wärmebehandlung wurde zum Vergleich untersucht. Diese Probe zeigte den am meisten entwickelten Ausscheidungszustand mit einem dichten Netzwerk aus nadelförmigen Ausscheidungen.<br />Die unterschiedlichen Temperaturen der Kaltauslagerung haben Einfluß auf die Teilchendichten der Ausscheidungen. Höhere Dichten wurden in den Proben Nr. 1 und 2 erreicht als in den anderen Proben.<br />Die Härte der Proben wiederum hängt von den Teilchendichten und dem Volumenanteil der Ausscheidungen ab. Probe Nr. 5 (T6-Zustand) hatte die größte Brinell-Härte und größten Volumenanteil an Ausscheidungen. Proben Nr. 1 und 2 hatten vergleichsweise deutlich höhere Brinell-Härtewerte als Proben Nr. 3 und 4.<br />

The precipitate condition of various samples of the Al-Mg-Si alloy EN AW-6082 was examined using Transmission Electron Microscopy (TEM).<br />Al-Mg-Si alloys are age hardenable, i.e. they exhibit an increase in hardness after special heat treatment caused by the formation of small, fine dispersed precipitates of the minor alloy components. 5 samples of EN AW-6082 alloy were subjected to different heat treatments, subsequently prepared for TEM and examined for their micro structure. The heat treatments differed both in holding temperature after quenching (natural aging) and in duration of the heat treatment (artificial aging). With TEM the morphology, the type (phase) and the number density of the precipitates were determined, additionally differential scanning calorimetry (DSC) and Brinell-hardness measurements were conducted by collaborators.<br />The precipitates found in all samples were of the pre-beta'', beta'' or the beta' type. Samples kept at room temperature during cold aging for 15 min (No.<br />1 and 2) contained spherical pre-beta'' precipitates, whereas the samples with a holding temperature of 50°C during cold aging (No. 3 and 4) contained needle-shaped precipitates of the beta'' type.<br />Differences in the microstrucuture for different warm aging times are negligible for samples No. 1 and 2 (15m @ RT), and small for samples No.<br />3 and 4 (15m @ 50°C) with only a slight increase in length.<br />A reference sample with T6 heat treatment was examined for comparison, it showed the most developed precipitate structure with a dense network of beta'' needles.<br />The different holding temperatures during natural aging have an influence on the number densities of the precipitates.<br />Higher Densities were achieved in samples No. 1 and 2 than in the other samples.<br />The hardness again of the samples depends on the number densities and the volume fraction of the precipitates.<br />Sample No. 5 (T6 condition) showed the highest Brinell hardness value with the highest volume fraction of precipitates. Samples No. 1 and 2 showed clearly higher hardness values compared to samples No. 3 and 4.