Mikrostrukturanalysen an gestauchten Doppelkegeln aus EN AW-6061

Abstract

Die Entwicklung zuverlässiger Modelle für Prozessschritte, wie das industrielle Warmumformen erfordert ein Verständnis der Mikrostrukturänderungen in metallischen Legierungen unter verschiedenen Deformationsbedingungen. Diese Arbeit zielt darauf ab, das Verständnis für die industrielle Aluminiumlegierung EN AW-6061 zu erweitern und untersucht den Einfluss der Dehnrate, Temperatur und effektiven plastischen Dehnung auf die Substruktur, die Fragmentierung der eisenreichen Primärausscheidungen und die Entwicklung der geometrisch notwendigen Versetzungen (GNDs). Dazu werden Stauchversuche an Doppelkegelproben bei Dehnraten von 1 s-1 sowie 50 s-1 bei jeweils sechs Temperaturen zwischen 25 °C und 550 °C durchgeführt. Durch die spezielle Probengeometrie kann ein breites Spektrum an Mikrostrukturzuständen mit unterschiedlichen effektiven plastischen Dehnungen untersucht werden. Elektronenrückstreubeugung (EBSD) im Rasterelektronenmikroskop (REM) ermöglicht dabei eine detaillierte Analyse der Substruktur und der Entwicklung der GNDs. Aufnahmen mit dem Lichtmikroskop und dem Rückstreuelektronendetektor des REM können zudem zur qualitativen und quantitativen Bewertung der Fragmentierung der eisenreichen Primärausscheidungen herangezogen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmendem Verformungsgrad ein feiner werdendes Gefüge mit stark lokalisierten Fehlorientierungen entsteht, während gleichzeitig die Fragmentierung der eisenreichen Primärausscheidungen zunimmt. Bei höheren Temperaturen kommt es sukzessive zur Ausbildung einer definierten Substruktur und in Abhängigkeit von der Dehnrate und dem Verformungsgrad zu einer teilweisen oder vollständigen Rekristallisation des Gefüges. Die hier gewonnenen Erkenntnisse helfen, die Veränderung der Mikrostruktur während der Verformung besser zu verstehen und können zur Optimierung von industriellen Prozessen beitragen.

The development of reliable models for industrial processes, such as hot forming, requires an understanding of the microstructural changes in metallic alloys under different deformation conditions. This work aims to extend the understanding of the industrial aluminum alloy EN AW-6061 and investigates the influence of strain rate, temperature and effective plastic strain on the substructure, the fragmentation of iron rich primary precipitates and the evolution of geometrically necessary dislocations (GNDs). For this purpose, compression tests are performed on double cone samples at strain rates of 1 s-1 and 50 s-1 across six temperatures, ranging from 25 °C to 550 °C. The special sample geometry allows for the investigation of a wide range of microstructural states with different effective plastic strains. Electron backscatter diffraction (EBSD) in the scanning electron microscope (SEM) enables a detailed analysis of the substructure and the evolution of the GNDs. Images taken with the light microscope and the backscatter detector of the SEM are used for qualitative and quantitative evaluations of the iron rich primary precipitate fragmentation. The results show that as the degree of deformation increases, a finer microstructure with strongly localized misorientations develops, while the fragmentation of the iron rich primary precipitates increases. At elevated temperatures, a distinct subgrain structure is gradually formed and, depending on the strain rate and degree of deformation, the microstructure undergoes partial or complete recrystallization. These findings contribute to a better understanding of microstructural changes during deformation and can aid in the optimization of industrial processes.