Weiterentwicklung des Strangpressens von AZ Magnesiumlegierungen im Hinblick auf eine Optimierung der Mikrostruktur, des Gefüges und der mechanischen Eigenschaften

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Beschreibung

Im Zuge der zunehmenden Diskussionen um eine Reduktion des CO2 Ausstosses hat Magnesium als leichtester metallischer Konstruktionswerkstoff wieder an Bedeutung gewonnen. Derzeitig werden jedoch nahezu ausschließlich Gussbauteile aus Magnesiumlegierungen im Automobilbau eingesetzt, da Magnesium-Strangpressprofile aufgrund ihrer Mikrostruktur nach dem Strangpressen eine starke Asymmetrie der mechanischen Eigenschaften unter Zug- und Druckbelastung (Strength Differential Effect) aufweisen.
Für eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist die genaue Kenntnis des Einflusses der unterschiedlichen Strangpressparameter auf die Mikrostruktur der Produkte notwendig. Daher wurden für die drei Magnesiumknetlegierungen AZ31, AZ61 und AZ80 die Parameter Strangpressverfahren, Bolzeneinsatztemperatur, Produktgeschwindigkeit, Pressverhältnis und Abkühlbedingung variiert. Anschließend wurde die Mikrostruktur analysiert sowie die mechanischen Eigenschaften der Stränge bestimmt. Zusammen mit einer Analyse der Verformungsmechanismen der stranggepressten und anschließend kaltverformten Produkte konnten so Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch eine Veränderung des Strangpressprozesses oder einen anschließenden Wärmebehandlung gefunden werden.
Da der Strength Differential Effect durch die texturbedingte Zwillingsbildung, die nur unter Druckbelastung entlang der Strangpressachse, hervorgerufen wird, zielen die Veränderungen des Strangpressprozesses auf eine Unterdrückung dieser Zwillingsbildung. Aufgrund der im Vergleich zum Versetzungsgleiten höheren Hall-Petch-Konstante für die Zwillingsbildung, wurde durch eine Vorverformung mittels ECAE-ähnlichen Prozessen zum einen eine Kornfeinung der Strangpressprodukte erzielt. Zum anderen wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der Strang in einen hydrostatischen Gegendruck gepresst wird, um die Textur schon während des Strangpressens zu verändern. Dadurch wird die Zwillingsbildung bereits zum Teil während des Strangpressens aktiviert. In beiden Fällen nimmt die kritische Schubspannung für die Zwillingsbildung bei einer anschließenden Kaltverformung zu und die mechanischen Eigenschaften der Strangpressprodukte werden verbessert.