New light-weight aluminum alloys with high Mg2Si-content by spray forming∗
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O. Stelling
Abstract
Aluminum alloys with high Mg2Si-content (> 10%) offer the possibility of a significant decrease in density and an increase in stiffness at the same time. But these alloys can hardly be produced in casting processes, due to an oxidation and a generation of pores by high hydrogen solubility in the melt. Furthermore, the usual solidification rate is not sufficient for a fine microstructure morphology. A fine distribution of Mg2Si is possible by spray forming, where a coarsening of the particles can be avoided due to a higher solidification rate. Different aluminum alloys with high Mg2Si-content (> 10%) have successfully been produced by spray forming, extrusion and age hardening. Mg-excess as well as Si-excess has been investigated. An additional alloying with copper leads to a further increase in strength by the precipitation sequence of Al2Cu. The new light-weight aluminum alloys have been investigated regarding age hardening, physical and mechanical properties. Densities of 2.5–2.6 g/cm3 and Young's modulus of approx. 80,000 MPa have been found. Microstructures were dense, homogeneous and of fine morphology. The yield strength of these alloys reached values of approx. 400 MPa after artificial aging, whereby only a slight decrease in the hot yield strength was observed up to a temperature of 200 °C. Applications of the new light-weight aluminum alloys can be expected where a reduced density together with a high hot yield strength would lead to a more compact design in high temperature environments, e.g. in combustion engines.
Kurzfassung
Aluminiumlegierungen mit hohem Mg2Si-Anteil (> 10%) bieten die Möglichkeit einer signifikanten Dichteverringerung bei gleichzeitiger Festigkeitssteigerung. Derartige Legierungen lassen sich mittels gängiger Gießtechnik nur schwer realisieren. Die Abkühlraten während des Gießprozesses reichen nicht aus, um die angestrebte, feine Verteilung der Mg2Si-Ausscheidungen im feinkörnigen Gefüge zu erzielen. Durch den Sprühkompaktierprozess ist es möglich, eine Vergröberung der Ausscheidungen durch hohe Abkühlraten zu unterdrücken. Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichen Mg2Si-Gehalten (> 10%) konnten erfolgreich sprühkompaktiert werden. Sie wurden anschließend stranggepresst und wärmebehandelt. Es wurden sowohl Legierungen mit Mg-als auch mit Si-Überschuss untersucht. Die Zugabe von Kupfer führt durch die Ausscheidungssequenz der Al2Cu-Phase zu einer zusätzlichen Steigerung der Festigkeit. Die Materialien wurden bezüglich Auslagerungsverhalten sowie ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Dichten von 2,5–2,6 g/cm3 und ein Elastizitätsmodul von ca. 80000 MPa konnten erzielt werden. Das Gefüge war homogen und zeichnete sich durch eine feine Morphologie aus. Nach der Warmauslagerung konnten Zugfestigkeiten von ca. 400 MPa erreicht werden. Untersuchungen zur Warmfestigkeit zeigten lediglich einen leichten Abfall im Temperaturbereich bis 200 °C. Anwendungen für diese neuartigen Aluminiumlegierungen sind in Bereichen zu erwarten, in denen geringe Dichten in Verbindung mit hoher Warmfestigkeit gefordert sind, z.B. in Verbrennungsmotoren.
References
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© 2006, Carl Hanser Verlag, München
Artikel in diesem Heft
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Kurzfassungen/Summaries
- Kurzfassungen/Summaries
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Messfehler und „Anomalien“ bei der Prozessführung von Atmosphärenöfen
- FEM simulation of local heat treatment on dual phase and TRIP steel parts∗
- Integrierte Härterei – Laserstrahlhärten im Großwerkzeugbau∗
- Dralldruck-Gas-Zerstäubung von Metallschmelzen
- New light-weight aluminum alloys with high Mg2Si-content by spray forming∗
- Einfluss der Werkzeugform auf die Schweißnahtgüte beim Rührreibschweißen des Werkstoffes AlMg3
- Neues Nitrocarburierverfahren für Kurbelwellen von Hochleistungs-Dieselmotoren
- Supercarb®-Prozess unter Nutzung zweier Aufkohlungsmedien in einer Aufkohlungs-Durchstoßofenlinie
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