Effects of Mn content and cooling conditions in a rolled AA 3005A alloy
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2825817Utgivelsesdato
2021Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Sekundærproduksjon av aluminium innebærer omsmelting av aluminiumsskrap i tillegg til tilsetningerav primæraluminium og legeringselementer. Ettersom den kjemiske sammensetningen iskrapet varierer vil dette også føre til variasjoner i kjemien til den ferdige legeringen, noe somkan påvirke egenskapene til materialet. Materialegenskaper påvirkes selvsagt også i stor grad avprosesseringsparametre. For valsede produkter kan slike parametre være valsetemperatur, tøyningeller tøyningsrate, for å nevne noen. Både prosessparametre og kjemisk sammensetning kanha store effekter på materialkarakteristikker som mikrostruktur, tekstur og mikrokjemi, som igjenkan påvirke egenskapene til materialet. En omfattende forståelse av effektene av variasjoneri prosessparametre og kjemisk sammensetning er derfor nødvendig for å kontrollere materialegenskaperi valsede aluminiumslegeringer. Denne studien har undersøkt effekten av forskjelligeavkjølingforhold etter varmvalsing i to valsede AA 3005A legeringer, som inneholdt henholdsvis1,11 wt.% og 1,33 wt.% Mangan. To paralleller for hver av disse legeringene ble studert: Én avkjølti luft, og én avkjølt ved hjelp av en vifte, som gir langt raskere avkjøling. Materialene harblitt undersøkt etter varmvalsing, kaldvalsing, og under tilbakegløding av det kalddeformertematerialet gjennom et isotermt glødeeksperiment ved 315 ℃.Mulige effekter på materialenes mekaniske egenskaper, tekstur, mikrostruktur og mikrokjemi erblitt studert. Mekaniske egenskaper har blitt undersøkt ved hjelp av strekkprøving og hardhetstester.Mikrostrukturen og teksturen til material har blitt karakterisert ved hjelp av diffraksjonav tilbakespredte elektroner (EBSD), etterfulgt av analyse ved bruk av MATLAB verktøykassenMTEX. Mikrokjemi har blitt analysert ved bruk av billeddannelse gjennom atomnummerkontrastved hjelp av tilbakespredte elektroner og målinger av elektrisk ledningsevne. Resultateneviste at effektene av avkjølingsforholdene og manganinnholdet undersøkt i denne studien,generelt var små. Ikke desto mindre viste legeringen som inneholdt 1,33 wt.% Mn signifikanttregere rekrystallisasjonskinetikk ved viftekjøling sammenlignet med luftkjøling, noe som antakeligstammer fra økt samtidig presipitering i det viftekjølte materialet, muligens på grunnav mer Mn i fast løsning etter varmvalsing. For begge manganinnhold resulterte viftekjøling imindre innlemmelse av mangan i konstituente partikler. Tekstur og teksturutvikling viste seg å hovedsaklig være upåvirket av manganinnholdet og avkjølingsforholdene som ble undersøkt idenne studien.Kartleggingen av effektene av avkjølingsforhold etter varmvalsing ved ulike manganinnhold,bidrar til en mer helhetlig forståelse av effektene av variasjoner i kjemi og prosessparametre i3xxx-legeringer. Videre kan denne kunnskapen tillate Hydro mer frihet i prosesseringen av dennebestemte legeringen, med hensyn til kjemisk sammensetning og avkjøling etter varmvalsing. Secondary aluminium production involves remelting of aluminium scrap along with additionsof primary aluminium and alloying elements. As the chemical compositions of the scrap arenot the same every time, the produced alloy will also have some chemical variations fromtime to time, which may influence the material properties. Material properties are, of course,also highly affected by process parameters. For rolled products, these could be e.g. rollingtemperature, strain, strain rate etc. Both processing parameters and the chemistry of the alloymay significantly affect features in the material like microstructure, texture and microchemistry,which in turn may affect the material properties. A comprehensive understanding of the effectsof processing conditions and chemical variations is therefore necessary in order to control thematerial properties of rolled aluminium sheets. The present study has investigated the effectof cooling conditions following hot rolling for two rolled AA3005 alloys containing 1.11 wt.% and1.33 wt.% Mn. Two parallels of each alloy were investigated: One cooled by air, and one cooled bya fan, i.e. ’slow’ vs ’fast’ cooling. The materials have been examined in the hot rolled and coldrolled state, and during back-annealing by an isothermal annealing experiment at 315 ℃.The effects have been evaluated in terms of mechanical properties, texture, microstructureand microchemistry. Mechanical properties have been measured by tensile- and hardness testing.The microstructure and texture of the materials have been characterized by the electronbackscatter diffraction (EBSD) technique, followed by subsequent analysis using the MTEXMATLAB toolbox. Microchemistry has been analyzed using backscatter electron imaging(BSE), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and electrical conductivity measurements.The results revealed that the effect of cooling conditions and Mn content on mechanical propertiesgenerally were small. However, the alloy containing 1.33 wt.% Mn showed significantly slowerrecrystallization kinetics when cooled by a fan, compared to air, which is believed to be attributedto increased concurrent precipitation following possibly more Mn in solid solutionafter hot rolling and cooling. For both alloys, fan cooling resulted in the precipitation of ahigher number of dispersoids compared to air, following hot rolling. The fan cooling also resultedin a lower amount of Mn incorporated into constituent particles. Texture and textureevolution was shown to be mainly unaffected by the Mn content and cooling conditions studiedin this work.The assessment of the effects of cooling conditions following hot deformation at different Mncontents contributes to a more comprehensive understanding of the effects of variations inchemistry and processing conditions in 3xxx alloys. Further, this knowledge may allow Hydromore freedom in process design for this particular alloy with respect to variations in chemicalcomposition and cooling conditions after hot rolling.