Hallo,
ich habe ein Werkstück aus AlMgSi0,5 warmumgeformt und stelle in dem umgeformten Bereich eine deutlich geringere Härte fest also im nicht verformten Bereich (gemessen nach Vickers HV20). Hat die Warmumformung bei der Al-Legierung genau die gleichen Wirkungen wie bei Stahl?
Ich habe Gefügebilder machen lassen und stelle fest, dass im verformten Bereich deutlich feinere Körner zu sehen sind als im unverformten Bereich. Aber dies widerspricht doch der Härteabnahme oder?
Gruß
maschi
Hallo
Du kannst außerdem noch einmal die Härte in 2-3 Wochen nochmal messen. Vielleicht ist Sie dann höher.
In Deinem Fall war anscheinend die Temperaturerhöhung ausschlaggebend und hat das Alu weichgemacht. Das kann vorrübergehend oder dauernd sein, abhängig von der Alu-Sorte.
Wenn man Aluminium kalt schmieden kann, macht man das, und dann sollte auch die Festigkeit steigen.
Die Temperatur und andere Eigenschaften sind bei Alu stark materialabhängig, also irgendwie ein Datenblatt zur Behandlung wäre durchaus sinnvoll.
MfG
Hi,
danke für deine antwort.
aber welcher mechanismus steckt dahinter wenn eine temperaturerhöhung die härte reduziert?
Hallo
Das weiß ich nicht genau, aber meist sind das Lösungsvorgänge , Umkristallisationen, oder Diffusionsvorgänge(=ähnlich oder gleich Lösungsvorgänge) sowie auch Abbau innerer Spannungen.
Stahl und Alu sind da verschieden.
MfG
Hi Matthias,
vielen Dank für deine Antwort.
Und du meinst dann kann es trotz feinerem Korn zu einer Härteabnahme kommen?
Gruß
maschi
Hallo
Das weiß ich auch nicht. Ich weiß nur, das bei Kaltumformung, das „Korn“ gestreckt wird, bzw. verfeinert wird, sozusagen als Nebeneffekt.
Entscheidend ist das isolierte Betrachten des Spannungs-Dehnungsdiagramms(also ohne Wärmeeinfluss) sowie die jeweilige beim Werkstoff zugelassene Härtungsmethode.
Ich kenne Aluwerkstoffe(AlMg3) als besonders weich, wenn Sie einmal erwärmt und dann abgeschreckt wurden, für eine Weile etwa so weich wie Blei.
Mehr kann ich dazu nicht sagen.
MfG
Matthias
Hallo Maschi,
ich habe ein Werkstück aus AlMgSi0,5 warmumgeformt und stelle
in dem umgeformten Bereich eine deutlich geringere Härte fest
also im nicht verformten Bereich (gemessen nach Vickers HV20).
Hat die Warmumformung bei der Al-Legierung genau die gleichen
Wirkungen wie bei Stahl?
Ich habe Gefügebilder machen lassen und stelle fest, dass im
verformten Bereich deutlich feinere Körner zu sehen sind als
im unverformten Bereich. Aber dies widerspricht doch der
Härteabnahme oder?
es gibt für unterschiedliche Materialien und auch Metalle/Legierungenc unterschiedliche Härtungsmechanismen.
Härte ist ja der Widerstand gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Wenn man Vickershärte misst, misst man die plastische Härte. Damit sich ein Körper plastisch verformt, müssen Versetzungen durch den Körper wandern. Die Härte kann nun steigen, wenn man die Versetzungen am Wandern hindert.
Das kann durch ein feines Korn geschehen, weil die Versetzungen die Korngrenzen erst mal schneiden müssen, um weiterlaufen zu können, aber auch durch eine Verformung des Körpers, weil dadurch Versetzungen entstehen, richtige Wolken bilden, welche weitere Versetzungen am Wandern hindern. Deshalb wird es z.B. immer schwieriger, wenn man einen Kupferdraht hin und her biegt und irgendwann bricht er, weil er zu hart und spröde geworden ist.
Es gibt auch ein Verfahren, das sich Ausscheidungshärten nennt. Dabei wird der Körper auf erhöhte Temperatur gebracht, so dass sich Legierungsatome durch Diffusion bewegen können. Wenn das thermodynamisch günstiger ist, lagern sich diese Atome zusammen und bilden Ausscheidungen. Dam man auch hier eine Grenze (eine Phasengrenze) hat, werden Versetzungen am Wandern gehindert, sie werden von den Ausscheidungen gepinnt. Es kann nun sein, dass das Alu durch die Verformung warm geworden ist, sich die Ausscheidungen wieder aufgelöst haben, so dass die Versetzungennun wieder einfacher durch das Material wandern können.
Meines Wissens sind Al-Legierungen teilweise ausscheidungsgehärtet, so dass sich die Ausscheidungen bei höheren Temperaturen wie bei der Warmumformung wieder auflösen. Ob das hier bei dieser Aluminiumlegierung der Fall ist, weiß ich nicht - dafür ist Werkstoffkunde zu lange her. Dafür müssest Du mal in das Datenblatt schauen und nach Wörtern wie „kaltausgelagert“, warmausgelagert", „ausscheidungsgehärtet“ oder „Ostwaldreifung“ suchen.
Grüße, Thomas
Hi Thomas,
besten Dank für deine ausführliche Antwort!
Also habe gerade nochmal etwas nachgelesen und bei meinem Werkstoff handelt es sich um eine aushärtbare Knetlegierung, die warmausgehärtet wurde. Was genau bedeutet warmausgehärtet?
Das mit dem Auflösen der Ausscheidungen und den dadurch einhergehenden Härteverlust klingt plausibel. Aber wie kommt dann das feine Korn zustande? Ist das auf die Rekristallisation zurückzuführen?
Gruß und Danke,
maschi
Hallo Maschi,
Also habe gerade nochmal etwas nachgelesen und bei meinem
Werkstoff handelt es sich um eine aushärtbare Knetlegierung,
die warmausgehärtet wurde. Was genau bedeutet warmausgehärtet?
Die meisten Metalle können in ihrem Gitter nur eine begrenzte Menge an Fremdatomen aufnehmen (lösen). Das Lösungsvermögen steigt aber im allgemeinen mit steigender Temperatur. Wenn Du nun Alu erzeugst und ein anderes Metall als Legierungszusatz dazukippst, das in Alu nur ein geringes Lösungsvermögen hat, wird sich das Fremdmetall beim langsamen Abkühlen der Schmelze zusammenfinden und Ausscheidungen bilden, um die Gesamtenergie des Systems zu verringern. Diese Ausscheidungen sind aber recht groß und daher wenig hilfreich (siehe unten).
Daher wird die Alulegierung wieder langsam erwärmt, bis das Fremdmetall vollständig in Lösung gegangen ist, die Ausscheidungen sich also aufgelöst haben. Dann schreckt man das Material so schnell ab, dass die in Lösung gegangenen Fremdatome keine Zeit haben, durch Diffusion wieder zusammenzufinden und neue Ausscheidungen zu bilden - sie sind dann im Alugitter zwangsgelöst. Dann erwärmt man das Material wieder vorsichtig und erlaubt durch die Energiezufuhr den Fremdatomen zu diffundieren. Sie finden sich zusammen und bilden wieder Ausscheidungen. Das nennt man dann Warmaushärtung. Warum nun aber dieser komplizierte Prozess mit mehrfachem Aufheizen und Abkühlen?
Der Grund ist der, dass die Festigkeitssteigerung von der Größe der Ausscheidungen abhängt: wenn sie zu klein sind, stellen sie kein nennenswertes Hindernis für die Versetzungen dar, sind sie zu groß, gibt es nur wenige (weil nur eine begrenzte Menge an Fremdatomen habe) und die Versetzungen, die es aufzuhalten gilt, werden nur selten gepinnt und können sich zwischen den wenigen Ausscheidungen durchlavieren. Daher ist eine bestimmte Größe der Ausscheidungen optimal (viele, kleine, feinverteilte Ausscheidungen, die aber schon so groß sind, dass sie die Versetzungsbewegung nennenswert behindern). Und um diese Größe einstellen zu können, geht man diesen umständlichen Weg: durch das langsame Erwärmen kann man die Größe der Ausscheidungen sehr gut kontrollieren (man kennt durch sehr viele Versuche den Zusammenhang zwischen Warmauslagerungstemperatur, Haltezeit und Ausscheidungsgröße) und bricht dann bei der gewünschten, weil optimalen Größe ab.
Das war’s auf die Schnelle, ich bin ja kein Werkstoffkundler. Wenn Du es genauer wissen willst, kannst Du in Wikipedia mal Aluminiumlegierung eingeben. Dort findest Du eine Übersicht über die verschiedenen Alulegierungen. Wenn Du unter Weblinks den letzten Link anklickst, findest Du eine ausführlichere Erklärung, als ich sie Dir hier liefern kann.
Das mit dem Auflösen der Ausscheidungen und den dadurch
einhergehenden Härteverlust klingt plausibel.
In Ergänzung zu meinem letzten Posting: Es kommt auf die Temperatur beim Warmumformen an, ob die auf optimale Größe eingestellten Ausscheidungen sich auflösen und unwirksam werden (höhere Temperatur), oder sich nur vergrößern und dann auch an Wirksamkeit verlieren (niedrigere Temperatur), weil es nur noch wenige von ihnen gibt.
Aber wie kommt
dann das feine Korn zustande? Ist das auf die
Rekristallisation zurückzuführen?
Wie geschrieben: ich bin kein Experte. Ich vermute mal so: durch das Warmumformen entstehen sehr viele Versetzungen, Körner werden geschnitten, es gibt viele Defekte. Beim Abkühlen versucht das Gitter, sich zu reparieren (Energieminimierung) und ich nehme an, dass die Versetzungen sich wieder auflösen und/oder sozusagen als Korngrenzen eingebaut werden. Es findet also eine Rekristallisation statt, aber durch die vielen Defekte (Kristallisationskeime) entsteht erst mal ein sehr feines Korn. Würde man nach dem Warmumformen sehr langsam abkühlen oder warmauslagern, würden die Körner vermutlich wieder wachsen. Da aber bei diesen warmaushärtenden Knetlegierungen der Härtemechanismus über Ausscheidungen funktioniert, ist die Korngröße für Härte und Festigkeit wohl eher von untergeordneter Bedeutung.
Grüße, Thomas