Mikrostruktur og egenskaper under tilbakegløding av en kaldvalset Al-Mn-Mg legering

Abstract

Arbeidet utført i denne masteroppgaven ble gjort for å undersøke tilbakeglødingsresponsen til en ikke utherdbar Al-Mn-Mg type legering. Hovedmålet med oppgaven var å undersøke hvordan forskjellige prosessbetingelser og endringer i mikrokjemi, dvs. mengde av elementer i fast løsning og dispersoider, påvirker gløderesponsen av legeringen etter forskjellige deformasjonsgrader (kaldvalsing) og glødetemperaturer, med spesielt fokus på dispersoider som utfelles under gløding ved temperaturer hvor recovery- og rekrystallisasjon skjer. Legeringen som undersøkes i oppgaven er en 3005-type aluminiumslegering med følgende kjemiske sammensetning i vektprosent: 1.2% Mn, 0.53% Fe, 0.52% Si, 0.43% Mg, 0.24% Zn, 0.20% Cu, 0.03% Mg and 0.02% Ni. De undersøkte prøvene fra legeringen kom fra samme kveil, og prøvene var derfor prosessert på samme måte før kaldvalsing: Støpeblokker ble først støpt, og deretter forvarmet til 565℃. Etterpå ble de forvarmede støpeblokkene varmvalset til en kveil med tykkelse på 3.5 mm. Tilslutt ble kveilene kaldvalset til forskjellige deformasjonsgrader mellom 46% (1.90 mm) og 87% (0.47 mm). Etter kaldvalsing ble prøvene fra første, andre og fjerde valsestikk, dvs. deformasjonsgrader på henholdsvis 46%, 67% og 87%, glødet til forskjellige temperaturer mellom 180℃ og 330℃. Målinger av elektrisk ledningsevne, og størrelse og volumfraksjon av dispersoider ble utført på materialet for å studere påvirkningen av mikrokjemi på gløderesponsen. Gløderesponsen ble kvantifisert gjennom målinger av mekaniske egenskaper, hardhet, rekrystallisasjonstekstur og kornstørrelse. Gløderesponsen ved gløding etter kaldvalsing var sterkt påvirket av deformasjonsgraden. Subkornstørrelsemålinger viste (som ventet) at drivkraften for rekrystallisasjon (PD) var høyest i de mest deformerte prøvene, og lavest i de minst deformerte prøvene. Endringene i elektrisk ledningsevne indikerte at de mest deformerte prøvene var mest påvirket av presipitering og dermed «Zener pinning» (PZ), og de minst deformerte antagelig minst påvirket, som resulterte i at gløderesponsen ble sammenlignbar for disse to deformasjonsgradene. Et noe annet forhold mellom drivkraft og «Zener drag» (større effektiv drivkraft, (PD – PZ) resulterte i at rekrystallisasjonen startet litt tidligere med noe raskere oppmykningskinetikk i de mellomliggende deformasjonsgradene. Denne analysen av gløderesponsen var konsistent med de rekrystalliserte kornstrukturene og teksturene mellom de forskjellige kaldvalsede prøvene, som indikerte at «concurrent precipitation» var mest utpreget i de mest deformerte prøvene, i tråd med styrken av P-tekstur i de fullstendige rekrystalliserte tilstandene. P-teksturen økte mest signifikant fra %CR = 67 til %CR = 87, og større og mer langstrakte rekrystalliserte korn ble observert i %CR = 87. Det var en forhåpning om at kvantitative analyser av dispersoider kunne bekrefte antagelsene og tolkningene gjort ovenfor, men analysene av dispersoider viste seg å være usikre og mangelfulle (begrenset statistikk), slik at det var vanskelig å trekke noen klare konklusjoner på basis av disse.

The work carried out in this master thesis project was conducted to investigate the softening behaviour of a non-heat treatable Al-Mn-Mg model alloy. The primary objective of the present work was set out to investigate the influence of processing conditions and associated changes in microchemistry, i.e. amount elements in solid solution and the precipitation state (dispersoids) on the softening behaviour of the alloy, after different degrees of deformation (cold rolling) and annealing temperatures, with a particular focus on concurrent precipitation. The alloy investigated in the present work is a 3005-type aluminium alloy with the nominal chemical composition of 1.2 wt% Mn, 0.53 wt% Fe, 0.52 wt% Si, 0.43 wt% Mg, 0.24 wt% Zn, 0.20 wt% Cu, 0.03 wt% Mg and 0.02 wt% Ni. The investigated samples from the alloy came from the same coil, and the samples were thus processed similarly prior to cold rolling: The ingot was cast and subsequently preheated to 565℃. The preheated ingot was then hot rolled to a coil with a thickness of 3.5 mm. Finally, the coil was cold rolled to different degrees of deformations in the range between 46% and 87%. Subsequent to cold rolling, samples from the first, second and fourth deformation pass, i.e. corresponding to cold reductions of 46%, 67% and 87%, respectively, were annealed to different temperatures between 180℃ and 330℃. Measurements of electrical conductivity (EC), as well as the size and volume fraction of dispersoids, were carried out on the material to study the influence of microchemistry on the softening behaviour. The softening behaviour was quantified through measurements of mechanical properties, hardness, recrystallization texture and grain size. From the obtained results, it has been shown that the softening behaviour upon annealing after cold rolling was found to be significantly influenced by the degree of deformation. Subgrain size measurements showed (as expected) that the driving force for recrystallization (PD) was highest in the most deformed samples and lowest in the least deformed samples. The EC measurements also indicated that the former was most affected by precipitation and thus Zener pinning (PZ), and the latter was presumably least affected, resulting in comparable softening kinetics. Another balance between driving force and Zener drag (large effective driving force; PD – PZ) resulted in recrystallization to initiate slightly earlier with somewhat faster softening kinetics in the intermediate deformations (%CR = 67). The analysis of the softening behaviour was consistent with differences in recrystallized grain structure and texture between the different cold rolled samples, which clearly indicated that concurrent precipitation was most pronounced in the most heavily cold rolled samples. The strength of P-texture, well known to correlate with the degree of concurrent precipitation, was found to be strongest in the most deformed condition (%CR = 87) and to increase most significantly from %CR = 67 to %CR = 87, and where also larger and more elongated recrystallized grains were observed in the latter. It was hoped that the quantitative dispersoid analysis could confirm the assumptions and interpretations made above, but the dispersoid analysis turned out to be uncertain and inconclusive in this respect, most probably due to limited statistics.