Optimisation of Al-Mg-Si extrusion-alloys for safety applications in the automotive industry

Abstract

Stranggepresste Al-Profile der Al-Mg-Si Legierungsgruppe finden Anwendung für sicherheits-relevante Bauteile in der Knautschzone von Automobilen. Im Falle einer Kollision, soll die Deformation der Knautschzone die kinetische Energie des Aufpralls dissipieren. Die Größe der kinetischen Energie welche dissipiert werden kann hängt von der Mikrostruktur als auch von der Geometrie der extrudierten Profile ab. Hohe Streckgrenzen und eine hohe Duktilität sind notwendig, um die nötigen Anforderungen zu erreichen. Die geforderten Eigenschaften lassen sich durch ein fein-kristallines Gefüge sowie eine definierte Ausscheidung von Mg-Si Phasen erreichen. Während des Herstellungsprozesses der Pofile – welcher aus den Teilschritten Gießen, Homogenisieren und Strangpressen besteht – spielt die Homogenisierung eine wesentliche Rolle bei der Erreichung der notwendigen Mikrostruktur. Während der Homogenisierung können Dispersoide ausgeschieden werden, welche eine Rekristallisation während des Strangpressens unterbinden können und auch als Nukleations-Stellen für die Ausscheidung von Mg-Si Phasen fungieren können. In dieser Arbeit wurde die Bildung von Dispersoiden und ihre Auswirkung auf die Ausscheidung von Mg-Si Phasen untersucht. Die Ausscheidung der relevanten Phasen wurde mittels Messung der elektrischen Leitfähigkeit, Differential Scanning Calorimetry Messungen sowie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die mechanischen Eigenschaften wurden mittels Hochtemperatur Kompressions-Versuchen festgestellt. Die Ergebnisse der Licht- und Rasterelektronenmikroskopie wurden mit den Ergebnissen der elektrischen Leitfähigkeit, Differential Scanning Calorimetry-Messungen und Kompressions-Versuchen diskutiert und korreliert. Für bestimmte Homogenisierungs-Behandlungen konnte mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie Aufnahmen die Ausscheidung fein-verteilter Phasen aufgezeigt werden, welche auf die Ausscheidung von Dispersoiden hindeutet. Weitere Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen konnten den erwünschten und verstärkenden Effekt dieser Phasen auf die Mg-Si Ausscheidung bestätigen.

Extruded Al-profiles of the Al-Mg-Si alloy group are used for safety-relevant applications in the crumple zone of automobiles. In case of an accident the crumple zone should deform plastically in a concertina-like way and dissipate kinetic energy of the impact. The amount of kinetic energy which can be absorbed depends on the microstructure and geometry of the extruded profiles. High yield strengths and a high ductility of the material are necessary in order to meet the requirements. In order to meet those criteria, a fine grain structure and a well-defined precipitation pattern of Mg-Si phases is necessary. During the production process of the profiles – which consists of casting, homogenization and extrusion – the homogenization step plays a significant role in obtaining the desired microstructure. During homogenization dispersoid-phases can be formed, which are known to inhibit recrystallization during extrusion. Additionally, formed dispersoids can act as nucleation-sites for Mg-Si precipitation during age-hardening treatments post extrusion. In this work the formation of dispersoid-phases during homogenization and their subsequent role as nucleation-sites for Mg-Si precipitation was investigated. The precipitation of the relevant phases was determined by measurement of the electrical conductivity, Differential Scanning Calorimetry measurements, light- and scanning electron microscopy observations. The mechanical properties were investigated by high temperature compression tests. The results of light- and scanning electron microscopy are discussed and correlated with the electrical conductivity, Differential Scanning Calorimetry measurements and high temperature compression tests. For certain homogenization procedures light and scanning electron microscopy showed the formation of small and finely dispersed phases, which indicates the formation of dispersoids. Further experimental results revealed the enhancing and desired effect on Mg-Si precipitation of those phases.