The effect of cooling rate from solution heat treatment on ductility in Al-Mg-Si crash box alloys

Abstract

Effekten på duktilitet av kjølehastighet fra innherding av Al-Mg-Si-legeringer er undersøkt. Tre forskjellige legeringer ble avkjølt med fire forskjellige kjølemetoder. Disse var kaldt vann, kokt vann, luft med konveksjon fra vite og stille luft. Styrke og duktilitet ble evaluert i forhold til hverandre ved strekk- og bøyetesting. 6063- legeringen ble videre karakterisert med stereomikroskop, optisk mikroskop og TEM. Alle de testede legeringene viste signifikant bedre bøylighet ved avkjøling i kaldt vann sammenlignet med kokt vann. Styrken var omtrent den samme. Legeringene med lavt Mn-innhold viste den høyeste bruddtøyningen i den raskeste avkjølte tilstanden i motsetning den med rikere innhold av Mn.

Den raskeste avkjølte tilstanden til 6063-legeringen viste en større bruddtøyning, høyere bøybarhet og mer signifikant reduksjon av bruddoverflaten enn den tilstanden med nest raskeste avkjøling. Materialet som ble avkjølt i kaldt vann viste smalere PFZ rundt korngrense, lavere presipitat tetthet og lavere volumfraksjon av presipitater enn materialet avkjølt i kokt vann. Det foreslås at en smal PFZ reduserer lokalisering av tøyning i nærheten av korngrenser og dermed øker duktiliteten. Denne mekanismen avhenger av bruddmekanismen som ikke er analysert i dette arbeidet.

The effect of cooling rate from solution heat treatment of Al-Mg-Si alloys on ductility has been investigated. Three different alloys were cooled with four different cooling methods, cold water, boiled water, air with convection, and still air. Strength and ductility were evaluated in relation to each other by tensile and bending testing. The 6063 alloy was characterized by a stereo microscope, optical microscope and TEM. All the tested alloys showed significantly better bendability when cooled in cold water compared to boiled water while the strength was approximately the same. The alloys low in Mn content displayed the highest fracture strain in the fastest cooled condition.

The fastest cooled condition of the 6063 alloy showed a larger fracture strain, higher bendability and more significant area reduction of fracture surface than the condition with the second most rapid cooling. The material cooled in cold water was found to have a narrower PFZ around grain boundary, lower precipitate density and lower volume fraction of precipitates than the material cooled in boiled water. It is suggested that a narrow PFZ reduces strain localisation in proximity to grain boundaries and thereby increases ductility. The proposed mechanism depends on the fracture mode which is not analyzed in this work.