Titelaufnahme

Titel
Manufacturing and characterization of Al-Cu and Al-Cu-Mg alloys and analysis of the precipitation kinetics with DSC measurement / by Lorant Pinter
Verfasser / Verfasserin Pinter, Lorant
Begutachter / BegutachterinKozeschnik, Ernst
Erschienen2010
Umfang96 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Aluminiumlegierung / Ausscheidungskinetik / DSC / Härtemessung / Herstellung / Induktionsofen / Mikroskopie / Strangpressen / Wärmebehandlung
Schlagwörter (EN)Aluminum alloy / Precipitation kinetics / DSC / Hardness measurement / Manufacturing / Induction furnace / Microscopy / Extrusion / Heat treatment
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-31700 Persistent Identifier (URN)
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Manufacturing and characterization of Al-Cu and Al-Cu-Mg alloys and analysis of the precipitation kinetics with DSC measurement [5.97 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Anzahl existierender Gießverfahren für Aluminium ist groß und die Erforschung neuer Methoden ist eine tägliche Herausforderung.

Nicht nur die Entwicklung neuer Gießverfahren, sondern auch die Erforschung neuer Aluminiumlegierungen ist zukunftsweisend. Bevor die Massenproduktion einer neuen Legierung gestartet wird, müssen viele Laborversuche durchgeführt werden um das Überleben des neuen Materials am Markt zu gewährleisten. Das elektromagnetische Gießverfahren hat ausgeprägte Vorteile aufgrund des Rühreffektes auf die Schmelze und ist ein zukunftsweisendes Verfahren. Die Rühreffekte verbessern die Homogenität der Legierungselemente im Grundmaterial.

In Labors werden nur geringe Mengen einer Legierung hergestellt weil für die analytischen Methoden wie Mikroskopie, DSC, Härtemessung, usw. nur sehr kleine Proben notwendig sind. In den meisten Fällen werden die Materialien in Tiegeln geschmolzen. Um die Auswirkung auf die Mikrostruktur einer Legierung zu untersuchen, wurden in dieser Diplomarbeit Experimente mit drei verschiedenen Tiegelmaterialien durchgeführt.

Mit einem Induktionsofen wurden Al-Cu und Al-Cu-Mg Legierungen hergestellt. Die Leistung der Induktionsspule konnte durch eine Temperaturmessung mit einem Thermoelement im Tiegel geregelt werden.

Jedoch ist die Temperaturmessung nicht für alle Tiegelmaterialien ausführbar. Aus dem Grund wurden verschiedene Herstellungsmöglichkeiten durchgeführt.

Für den Herstellungsprozess ist die Umgebungsatmosphäre der Schmelze von großer Bedeutung. Die Reaktion zwischen Luft und der Aluminiumschmelze kann zu einem Einschluss von Poren führen. Um die Anzahl von Poren zu reduzieren, wird das Material unter Vakuum erhitzt. Im Experiment wurden Aluminiumlegierungen unter Vakuum und Argon hergestellt um deren Einfluss auf die Mikrostruktur zu untersuchen.

Die hergestellten Al-Cu und Al-Cu-Mg Legierungen wurden mit Licht- und Elektronenmikroskopie untersucht und miteinander verglichen. Nach Homogenisieren und Strangpressen wurden die hergestellten Proben lösungsgeglüht und auf Raumtemperatur abgeschreckt. Die Ergebnisse der Härtemessung und DSC wurden mit Werten aus der Literatur verglichen.

Durch diese Methoden wurden die Legierungen charakterisiert und sowohl miteinander, als auch mit Ergebnissen aus der Literatur verglichen. Das Gefüge einer industriellen 2024 Aluminiumlegierung, die weit verbreitet für Tragwerke von Flugzeugen eingesetzt wird, wurde ebenfalls mit Licht- und Elektronenmikroskopie untersucht. Der Alterungsprozess während Kaltauslagerung wurde mit Härtemessungen untersucht. Die Ausscheidungskinetik der 2024 Aluminiumlegierung wurde mit den Ergebnissen der im Labor hergestellten Al-Cu-Mg Legierung, die dieselbe Menge an Hauptlegierungselementen aufweist, verglichen.

Zusammenfassung (Englisch)

These days, the number of existing casting methods for aluminum alloys is high and investigating new technologies is a daily occurrence.

Beside the investigation of casting methods, the develop-ment of new aluminum alloys is trend-setting. Before the mass-production of a new alloy gets started, many laboratory tests have to be done to ensure, that the material has a chance of survival on the market. The electromagnetic casting (EMC) process has a distinct advantage due to the pres-ence of stirring motions in the melt. Therefore it is a forward-looking method. These stirring motions improve the homogeneity of the alloying elements in the aluminum matrix.

In laboratories, only little amounts of alloys are produced because for microstructural characteriza-tion methods like microscopic analyses, DSC, hardness measurements, etc. small specimens are needed. More often than not, the material is molten in crucibles. In this diploma thesis, experiments with three different crucibles were conducted in order to investigate the effect on the alloys micro-structure.

An induction furnace was used to manufacture Al-Cu and Al-Cu-Mg alloys.

The power consumption of the induction coil could be pilot-controlled, if the temperature of the melt was measured with a thermocouple. To keep in mind, temperature measurement with a thermocouple is not practicable for every crucible used in induction furnace. Therefore, different manufacturing possibilities with different crucibles are illustrated.

Furnace atmosphere is very important for the manufacturing procedure.

Gas entrapment within the aluminum melt would lead to inclusion of porosities in the alloy. To decrease the number of pores, the material is heated in vacuum for the reason that vacuum has a reduction effect on cavities in the melt. In the experiment, alloys are heated in vacuum and argon to investigate their influence on the microstructure.

The manufactured Al-Cu and Al-Cu-Mg alloys are investigated with light and electron microscopy and the results are illustrated and compared with each other. After homogenization and extrusion, pro-duced alloys are solution heat treated and quenched to room temperature. Moreover, hardness val-ues and DSC curves of these heat treated and quenched alloys are compared with results from litera-ture. With these methods the produced alloys are characterized and compared with each other and given values in literature. The structure of an industrial 2024 aluminum alloy, which is widely applied in aircraft lattices, is also characterized with light and electron microscopy. Aging behavior at room temperature is investigated with hardness measurement. Furthermore, precipitation kinetics of a 2024 alloy is compared with the lab-produced Al-Cu-Mg alloy with the same amount of major alloy-ing elements.

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