Homogenization-driven microstructural changes in Al-Mg-Si alloys : evolution of α-AI/Fe,Mn)Si phases and their influence on microstructure and mechanical properties

Abstract

Die vorliegende Studie untersucht den Einfluss von Homogenisierungsparametern auf nachfolgende Prozessschritte im Herstellungsprozess von Aluminiumprodukten. Dabei werden insbesondere der Effekt von α-Al(Fe,Mn)Si Phasen auf die Rekristallisation während und nach der Warmumformung sowie deren Einfluss auf die Mikrostrukturentwicklung bei der Warmauslagerung untersucht. Des Weiteren sind die Kristallstruktur und Phasenentwicklung unmittelbar während der Homogenisierung analysiert worden. Zur Durchführung der Untersuchungen kommen verschiedene Analysetechniken und experimentelle Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie, Elektronenrückstreudiffraktion, ex-situ und in-situ Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sowie Beugungsexperimente mittels Synchrotron-Strahlung zum Einsatz. Grundsätzlich führen niedrige Homogenisierungstemperaturen und -Zeiten zu einer Vielzahl an kleiner α-Al(Fe,Mn)Si-Dispersoide. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Homogenisierungsparameter die Härtesteigerung beim Warmauslagern beschleunigen. Dies konnte durch Härtemessungen sowie TEM-Untersuchungen und der Ermittlung der Größenverteilung von β‘‘-Mg-Si Phasen bestätigt werden. Zusätzlich beeinflussen niedrigere Homogenisierungstemperaturen das Rekristallisationsverhalten, während der Warmumformung und führen zu einer veränderten Misorientierungsverteilung innerhalb der dynamisch rekristallisierten Zone, welche als Vorstufe für Grobkornbildung im Randbereich von warmumgeformten Bauteilen entsteht. Das Transformationsverhalten während der Homogenisierung wurde mittels in-situ TEM untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die β-AlFeSi zu α-Al(Fe,Mn)Si-Transformation nicht direkt erfolgt, sondern dass sich α-Al(Fe,Mn)Si-Dispersoide lokal in der Nähe von Primärphasen bilden, vergröbern und somit die β-AlFeSi Phase ersetzen.

This thesis investigates the impact of homogenization parameters on post-homogenization processes in aluminum 6xxx alloys. In particular, the study explores the influence of the α-Al(Fe,Mn)Si phase on recrystallization phenomena during hot deformation and artificial aging behavior. Further, phase and crystal structure transformations during homogenization were investigated. Experimental techniques including scanning electron microscopy, electron backscattered diffraction, synchrotron radiation, and in-situ transmission electron microscopy (TEM) are employed. In general, low homogenization temperatures and times result in small and numerous α-Al(Fe,Mn)Si dispersoids. These homogenization parameters, on one hand, lead to a faster artificial aging reaction, which was evidenced by hardness measurements and TEM observations showing a higher quantity of β''-Mg-Si phases (main hardening phase in aluminum 6xxx). Additionally, lower homogenization temperatures influence the recrystallization behavior during direct extrusion and result in an altered misorientation distribution within the dynamically recrystallized zone, which serves as a precursor microstructure for coarse grain growth. Further investigations using TEM (in-situ) revealed the transformation behavior during homogenization. The results suggest that the primary β-AlFeSi to α-Al(Fe,Mn)Si phase transformation does not occur directly. Instead, α-Al(Fe,Mn)Si dispersoids are locally formed near primary phases, significantly coarsen and consuming β-AlFeSi phases.