Optimisation of processing parameters of a laboratory extrusion press for the application in Aluminium alloys

Abstract

Die Extrusion von Aluminiumlegierungen, speziell die der 6xxx-Serie, ist ein weit verbreiteter inudstrieller Prozess um Leichtbauprodukte komplexer Geometrien herzustellen. Es gibt dabei eine Vielzahl an Prozessparametern die eine Auswirkung auf die Produktqualität bestitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, die essentiellen Parameter der Laborstrangpresse zu optimieren und so eine vollständige Prozesskette zu erschaffen, mit der eine Produktion Labormaß ermöglicht wird die einen Vergleich zu industriellen Standards zulässt und außerdem eine Quelle für Input-Variablen zur Gefüge-Simulation bietet. In experimentellen Tests mit Bolzen der Legierung AW6082 konnte die Aufheizcharakteristik des Laborofens untersucht und eine Routine für die Bolzen-Vorwärmung etabliert werden. Vier unterschiedliche Werkzeuggeometrien wurden auf deren Funktionalität überprüft. Deren Effektivität um eine feinfasrige Mikrostruktur zu schaffen wurde untersucht und deren Verpressungsverhältnisse wurden evaluiert. Das Gefüge der Extrusionsprodukte wurde lichtmikroskopisch analysiert. Weiters wurde der Einfluss verschiedener nachfolgender Wärmebehandlungen auf die Härte evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass eine Variation der Bolzenvorwärmung im Temperaturbereich von 420 bis 540C nur geringe Auswirkungen auf die Endhärte hatte, dass jedoch eine nachfolgende Lösungsglühung mit Warmauslagerung die Brinellhärte deutlich anhob.

Extrusion of aluminium alloys, especially the 6xxx alloys, is a widely used industrial process to manufacture lightweight products of complex geometries. There are numerous process parameters that have an impact on end product quality. The goal of this thesis is to optimize the essential parameters for a laboratory extrusion press in order to generate a whole process chain that allows scaled down production as a reference to industrial processes and as an efficient source for the extraction of input parameters for microstructural modelling. In an experimental series with billets of AW6082 alloy, heating characteristics of the laboratory oven prior to extrusion were tested and a pre-heating routine for the billets is established. Four different die geometries were tested on their functionality. Their effectiveness for a fine microstructure and their extrusion ratios were evaluated. The microstructure of extrudates was analysed using light optical microscopy. Furthermore, the influence on hardness of different thermal treatments after extrusion was evaluated. It could be shown, that variation of billet pre-heating in a temperature range from 420 to 540C has only a minor impact on end product hardness, but that a subsequent solution annealing and artificial ageing step increases Brinell hardness significantly.