Effect of Natural Ageing Temperature and Time on Precipitation in 6xxx Aluminium Alloys

Abstract

Hovedformålet med dette MSc prosjektet er å undersøke påvirkningen av temperatur i mellomlagrings-leddet på 6xxx aluminium (Al) serien. Familien av 6xxx Al legeringer er vist å nå et platå i hardhet som er avhengig av mellomlagrings-tid og legeringssammensetning. Undersøkelser viser at forskjellige typer legerings-klynger dannes under mellomlagring. Noen av disse legeringsklyngene har en positiv effekt, mens andre har en negativ effekt på oppnåelse av høyere hardhet. En tidligere studie gjennomført av Hydro Sunndalsøra i 2006 foreslår at i tillegg til legeringssammensetning og mellomlagrings-tid, så vil mellomlagrings-temperatur også muligens ha en merkbar effekt på dannelse av legeringsklynger. En hypotese ble formulert om å overstige en fase-overgangstemperatur under mellomlagring vil muligens sette i gang dannelse av positive legeringsklynger. Den hypotetiske overgangstemperaturen vil være avhengig av legeringssammensetningen, da hovedsaklig magnesium (Mg), silisium (Si) og kobber (Cu). Fire typer Mg-Si aluminiumslegeringer er varmebehandlet med forskjellig mellomlagrings-temperaturer og tidsperioder. Hardhet og elektrisk ledningsevne er målt fra prøvene etter varmebehandling. Transmisjons elektronmikroskop er brukt til å ta bilder av ferdig varmebehandlet og målte prøver. Presipitatstatistikk, som presipitatlengde, tverrsnitt og tetthet, er hentet fra mikroskop-bildene. Hardhets og ledningsevne-verdier blir sammenlignet med presipitatstatistikken. Mellomlagring vises å være gunstig for herding av legeringer 6005 og 6060. Både høyere lagringstemperatur og tid gir bedre resultat. Mellomlagringstemperaturer under 40$^\circ$C vises å være skadelig for herding av legeringer 6082 og 6110, mens temperaturer 80-100$^\circ$C viser en økning i styrke. Presipitater i prøver med høyere målt hardhet viser seg å være mindre, men opptrer med høyere tetthet og okkuperer mer av det totale volum, enn presipitater i prøver med lavere hardhet. Høyere mellomlagrings-temperaturer og tid gir dannelse av mindre og flere presipitater som vises å være gunstig for økning av hardhet.

The main goal of this MSc project is to investigate the influence of temperature during natural ageing (NA) on the 6xxx aluminum (Al) class. The 6xxx Al family shows a peak hardness behavior which is heavily dependent on the natural ageing time and alloy composition. Research shows evidence that different clusters form during natural ageing. Some of those clusters are of beneficial and others of detrimental nature for achieving peak hardness condition. An earlier study carried out by Hydro in Sunndalsøra in 2006 suggests that, besides the alloy composition and the natural ageing duration, the natural ageing temperature might have a severe impact on the formation of clusters. It was hypothesized that the exceeding of a solvus temperature during natural ageing might trigger the growth of beneficial clusters. This hypothetical solvus temperature would be highly dependent on the alloy composition, mainly, the magnesium (Mg), silicon (Si) and copper (Cu) content. Here, four types of Mg-Si aluminium alloys are naturally aged at various temperatures and over several time-periods. Hardness and electrical conductivity measurements are taken of the samples after ageing. Transmission electron microscopy images are taken from aged and measured samples. Precipitate statistics such as precipitate length, cross-section and precipitates density are derived from TEM images. Hardness and electrical conductivity values are compared to the precipitate statistics. Natural ageing are found to be beneficial for hardening of the 6005 and 6060 alloys, with both higher storage temperature and prolonged natural ageing showing better results. At temperatures below 40$^\circ$C, natural ageing are found to be detrimental for hardening of the 6060 and 6110 alloys. NA temperatures of 80-100$^\circ$C show an increase in hardness. Precipitates formed in stronger naturally aged conditions are found to be smaller, but be more densely packed and occupy more of the total volume, than precipitates formed in naturally aged conditions with lower strength.