The Effect of Exposure to Elevated Temperature on the Mechanical Properties of age hardenable AlMgSiCu-Alloys

Abstract

Med et økt behov for lette, sterke materialer for bilindustrien, kommer også et økt behov for kunnskap om de mekaniske egenskapene til disse materialene. Det er godt kjent at utherdbare aluminiumlegeringer har høy styrke på grunn av en høy tetthet av presipitater av en annen fase enn matriksmaterialet, men arbeidsherdingsegenskapene er ikke fullstendig avklart.

I denne avhandlingen blir effekten av å utsettes for økte temperaturer på de mekaniske egenskapene og arbeidsherdingsoppførselen til tre utherdbare alumiumlegeringer med silisium, magnesium og kobber som hovedlegeringselemeter studert. Prøver av legeringene ble innherdet og kunstig eldet ved 180°C. Strekktester ble utført ved romtemperatur, 100°C og 150°C med synkronisert bildeopptak. Sanne spenning-tøyning kurver og arbeidsherdingskurver (Kocks-Meckingkurver) ble konstruert. Fra kurvene ble nøkkelverdier som beskriver de mekaniske egenskapene bestemt. Verdiene er basis for en diskusjon rundt de mekaniske egenskapene og interaksjonen mellom dislokasjoner og presipitater ved ulike eldingstilstander.

Resultatene viser at toleransen for overelding til styrken øker med økende kobberinnhold, både når det gjelder overelding og ved økt temperatur under deformasjon.

Basert på arbeidsherdingensoppførselen, foreslås en eldingstid mellom 24 timer og en uke som punktet hvor presipitatene går fra å være skjærbare til å bli ikke-skjærbare.

With the increased demand for light, strong materials for the automotive industry comes an increased demand for knowledge on the mechanical properties of these materials. It is well known that age hardenable aluminium alloys have a high strength due to a large density of second phase precipitates, but their work hardening behaviour is not fully understood.

In this thesis, the effect of exposure to elevated temperatures on mechanical properties and work hardening behaviour for three age-hardenable aluminium alloys with silicon, magnesium and copper as the main alloying elements has been studied. Specimens of the alloys were solution heat treated and artificially aged at 180°C to a series of underaged and overaged conditions. Tensile tests were performed at room temperature, 100°C and 150°C with synchronized image capturing.

True stress-strain curves and work hardening curves (Kocks-Mecking curves) were constructed. From the curves, key values describing the mechanical properties were determined. The values are the basis for a discussion about the mechanical properties and interaction between dislocations and precipitates at various aging conditions.

The results show that the tolerance for overaging of the strength increases with increasing copper content, both in regards to overaging and elevated temperature during deformation.

Based on the work hardening behavior, an aging time between 24 hours and one week is suggested as the transition point for shearable and non-shearable precipitates.