Aluminium und andere Al-Legierungen Flashcards
Nenne die wichtigen Eigenschaften von Aluminium.
- Niedrige Dichte
- Gute spez. Festigkeit
- Hohe Korrosionsbeständigkeit (schützende Oxidschicht an der Oberfläche)
- Duktilität auch bei niedriegen Temperaturen (kfz-Kristallstruktur)
- Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
- Sehr gute Zerspanbarkeit
- Niedriger Schmelzpunkt
- Nicht besonders hohes E-Modul
Um welche Al-Legierung handelt es sich?
- Reduzierte Schmelztemperatur und verbesserte Fließfähigkeit (Gießbarkeit)
- Gute Schweißbarkeit
- Gute Korrosionsbeständigkeit
- Begrenzte Löslichkeit im festen Zustand und bilden ein eutektisches System
Al-Si Legierungen
Welche Aluminiumlegierungen kennst du?
Knetlegierungen
Gusslegierungen
Aushärtbare Legierungen
Nicht-aushärtbare Legierungen
Worum geht es?
- Die mechanischen Eigenschaften können durch einen
Wärmebehandlungsprozess verbessert werden. - Diese Legierungen können auch durch Kaltverfestigung
gehärtet werden.
Aushärtbare Legierungen
Worum geht es?
- Die mechanischen Eigenschaften werden durch Kaltverfestigung (Walzen, Ziehen etc.) verbessert.
- Kein Aushärten durch Wärmebehandlung
Nicht-aushärtbare Legierungen
Nenne nicht aushärtbare Legierungen.
Aluminium + Mangan, + Silion, + Magnesium
Nenne aushärtbare Legierungen
Aluminium + Kupfer, + Magnesium und Silicon, + Zink/Magnesium/Kupfer
Nenne gebräuchliche Aluminiumknetlegierungen, die aushärtbar sind.
AlCuMg
AlMgSi
AlZnMg
Nenne gebräuchliche Aluminiumknetlegierungen, die nicht-aushärtbar sind.
AlMg
AlMn
Welche Verfestigungsmechanismen kennst du?
Sind die aushärtbar oder nicht aushärtbar?
Mischkristallverfestigung
- aushärtbar, nicht-aushärtbar
Kaltverfestigung
- aushärtbar, nicht-aushärtbar
Kornfeinung
- aushärtbar, nicht-aushärtbar
Ausscheidungshärtung
- aushärtbar
Dispersionshärtung
- aushärtbar, nicht-aushärtbar
Skizzieren Sie ein typisches Zustandsdiagramm für eine aushärtbare binäre Legierung.
vgl. Folie 26
Abb. Gefügeausbildung beim Aushärten
vgl. Folie 27
Nenne die Schritte beim Aushärten und was dort geschieht.
- Lösungsglühen –> einphasiger MK
- Abschrecken –> übersättigter MK
- Aushärten –> Erzeugung feiner Ausscheidungen
- Überaltern –> GG-Zustand
Welches Gefüge entsteht beim Lösungsglühen?
alpha - MK
Welche Gefügeausbildung entsteht beim Kaltaushärtung?
alpha - MK + GP - Zonen
Welche Gefügeausbildung entsteht beim Warmaushärtung?
alpha MK + teta’,feindispers
alpha-MK + teta,grobdispers (intermetallische Verbindung)
Welche Gefügeausbildung entsteht beim Überaltern?
alpha-MK + teta,grobdispers (intermetallische Verbindung)
Ausscheidungsstufen beim Aushärten von Al-Cu-Legierungen - Worum geht es?
Mit dem Matrixgitter kohärente Cluster (mit 90 % Cu-Anteil) mit ca. 0,5 nm Dicke und 8 nm Durchmesser
- -> Bildung nach mehreren Stunden bei Raumtemperatur
- -> Kaltaushärtung
GP-Zonen (Guinier-Preston-Zone)
Ausscheidungsstufen beim Aushärten von Al-Cu-Legierungen - Worum geht es?
Plattenförmige, kohärente Ausscheidungsphase mit bis zu 2 nm, Dicke und 30 nm Durchmesser
- Entstehung zwischen 100 – 200 °C
- Warmaushärtung
teta‘‘-Ausscheidungen
Ausscheidungsstufen beim Aushärten von Al-Cu-Legierungen - Worum geht es?
plattenförmige, teilkohärente Ausscheidungsphase mit bis zu 20 nm Dicke und mehr als 100 nm Durchmesser
- -> Entstehung ab 200 °C aus q‘‘ oder direkt aus aü
- -> Beitrag zur Aushärtung nur bei Entstehung aus q‘‘
teta‘-Ausscheidungen
Ausscheidungsstufen beim Aushärten von Al-Cu-Legierungen - Worum geht es?
inkohärente Ausscheidungsphase (= Gleichgewichtsphase) –> Entstehung ab 300 °C

teta-Ausscheidungen
Aluminium bildet eine “…” aus Aluminiumoxid auf der Oberfläche, welche vor weiteren Reaktionen mit dem Inneren des Materials schützt. Die natürlichen “…” sind typischerweise 1-3 nm dick und hauptsächlich aus Al2O3 bestehend. Dieser “…” ist in wässrigen Lösungen von pH ~ 4,5-8,5 stabil, aber nicht stabil in starken Säuren und Alkalilösungen.
“dicke natürliche Schutzschicht”
“Oxidschichten”
“Schutzfilm”
Von welchen drei Faktoren das allgemeine Korrosionsverhalten von Aluminium-Legierungen ab?
Stabilität des Oxidfilms
Umgebung (pH-Wert)
Legierungselemente und Mikrostruktur
Nenne die häufigste Art von Korrosion in Aluminiumlegierungen.
Lochfraß
Interkristallin
Spannungsrisskorrosion
Lamellare Korrosion
Worum geht es?
Die “..” ist eine Eigenschaft des Kristallvolumens. Der Mischkristall ist schon bekannt. Es handelt sich um eine Phase in dessen Kristallgitter Atome einer zweiten Komponente gelöst sind. Abhängig vom Gittertyp und Atomradius befinden sich die Fremdatome auf regulären Gitterplätzen oder auf Zwischengitterplätzen des Wirtsgitters. Im rechten Fall liegt ein Substitutionsmischkristall vor, links ein interstitieller Mischkristall. Je nach Größe und Bindungscharakter beeinflussen diese Atome das Wirtsgitter. Sie verursachen Gitterverzerrungen (Druck- oder Zugspannungen), die mit dem Spannungsfeld einer Versetzungen in Wechselwirkung treten. Versetzungen werden von Fremdatome festgehalten. Dies erhöht die für eine Versetzungsbewegung erforderliche Spannung. Fremdatome haben häufig nur eine begrenzte Löslichkeit, die in der Regel mit der Temperatur zunimmt. Durch Wärmebehandlung kann im Gefüge die Konzentration und Verteilung von Legierungsatomen gezielt beeinflusst werden.
Mischkristallhärtung
Worum geht es?
Verfestigung durch Korngrenzen
[…]
In der Praxis heißt dies “…”, gemeint ist die Verringerung der durchschnittlichen Korngröße im Gefüge bzw. ein Erhöhung der Anzahl von Körnern im gleichen Volumen. Die Abhängigkeit der Festigkeitssteigerung vom mittleren Korndurchmesser wird Hall-Petch-Beziehung genannt. Die Feinkörnigkeit erhöht auch die Homogenität eines Polykristalls und häufig auch die Isotropie der mechanischen Eigenschaften. Da eine Inhomogenität der elastischen oder der plastischen Verformung einen Riss auslösen kann, ist die Homogenität eines Werkstoffs ebenfalls relevant für die Festigkeit, besonders bei hohen Festigkeiten.
Kornfeinung
Nenne die wichtigsten Vorraussetzungen für das Aushärten
Mischkristall, der mit Fremdatomen übersättigt ist
Diffusionsgeschwindigkeit und Zeit müssen ausreichen, damit die Atome in der Matrix “zueinander zu finden” und einen Kristall der zweiten Phase bilden können.
Welche Ausscheidungen werden beim Aushärten angestrebt?
Bei dem Aushärten wird die Einstellung einer GP-Zone (Guinier-Preston-Zone) nicht angestrebt. Es sind metastabile, auf wenige Atomlagen begrenzte Schichten, die kohärent in das Wirtsgitter eingelagert sind. Sie leisten einen nur geringen Beitrag zur Festigkeitssteigerung. Wohingegen die teilkohärente θ´-Phase ein Maximum der erreichbaren Festigkeitserhöhung darstellt, repräsentiert durch die Fließspannung im Diagramm rechts. θ ist unerwünscht, da diese Phase als intermetallische Phase naturgemäß spröde ist.
–> teilkohärente θ´-Phase
Die GPZ (Guinier-Preston-Zone) haben welche Eigenschaft?
A. Sie sind kohärent oder teilkohärent.
B. Sie haben eine große dreidimensionale Ausdehnung.
C. Sie haben eine geringe festigkeitssteigernde Wirkung.
D. Sie haben die größte festigkeitssteigernde Wirkung.
A.
C.
Welche der Methoden der Festigkeitsteigerung existieren wirklich?
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A. Aufschwämmung B. Kornfeinung C. Mischkristallverfestigung D. Clumping E. Kaltfestigung F. Aushärten
B.
C.
E.
F.
Wie werden Fremdatome genannt, die sich auf den regulären Gitterplätzen einordnen?
Substitutionsatome
Mit welchem Adjektiv werden all jene Fremdatome bezeichnet, die sich zwischen den regulären Gitterplätzen anordnen?
interstitiell
Lesen Sie den angegebenen Text sorgfältig durch. Finden Sie das Fachwort oder die Zahl, die falsch ist:
(1) Die Legierung der Zusammensetzung L wird einer Wärmebehandlung unterzogen, die Lösungsglühen genannt wird (ca. 540°C), bei der sich alle Fremdatome (Cu) im Wirtsgitter (Al) lösen.
(2) Die Probe kühlt im Wasserbad schnell auf Raumtemperatur ab und die Fremdatome verbleiben auf ihren Plätzen.
(3) Bei der folgenden Auslagerung scheiden sich die Wirtsatome aus dem übersättigten Wirtsgitter ab.
Wirtsatome
Werden die Ausscheidungen während des Auslagerungsprozesses größer oder kleiner?
größer
In welcher Größenordnung liegt die Festigkeitssteigerung, die man mit dem Aushärten beim Aluminium erzielen kann?
Vervierfachung
Warum wurde die Härtemessung nach Vickers durchgeführt, obwohl die
Härte nach Rockwell serientauglich ist?
A. Härte nach Vickers hat den größten Härtebereich, für Rockwell wären die Proben teilweise zu weich
B. wahlweise entschieden, es wäre auch Härte nach Rockwell möglich
A.
Wie wird die Zunahme des Teilchendurchmessers während der Auslagerung genannt?
Überalterung
Ist die Entstehung von GP-Zonen nach der Bildung wieder umkehrbar/ reversibel?
Ja
Mit “…” ist Eigenschaft eines Metalls gemeint, nach einer Verformung eine höhere Dehngrenze oder Streckgrenze aufzuweisen als zuvor. Das ist damit erklärbar, dass bei der Verformung Versetzungen erzeugt werden, die sich nach und nach gegenseitig blockieren. Die “…” ist von den Richtungen der Verformung und der Beanspruchung abhängig.
“Kaltverfestigung”
Wenn viele Korngrenzen im Material vorliegen, gibt es eine hohe Anzahl von Unterbrechungen der Versetzungsbewegung. In der Praxis heißt dies “…”, gemeint ist die Verringerung der durchschnittlichen Korngröße im Gefüge bzw. ein Erhöhung der Anzahl von Körnern im gleichen Volumen. Die Abhängigkeit der Festigkeitssteigerung vom mittleren Korndurchmesser wird “…” genannt. Die Feinkörnigkeit erhöht auch die Homogenität eines Polykristalls und häufig auch die Isotropie der mechanischen Eigenschaften. Da eine Inhomogenität der elastischen oder der plastischen Verformung einen Riss auslösen kann, ist die Homogenität eines Werkstoffs ebenfalls relevant für die Festigkeit, besonders bei hohen Festigkeiten.
“Kornfeinung”
“Hall-Petch-Beziehung”
Als “…” wird ein Vorgang bezeichnet, der eine Festigkeitssteigerung durch Teilchen bewirkt, die sich durch eine Wärmebehandlung im Werkstoff bilden. Der Ausscheidungsvorgang, ist die Entstehung weiterer häufig metastabiler Phasen in einem Grundgefüge, das auch Matrix genannt wird. Eine Voraussetzung ist, dass die Matrix ein Mischkristall ist, der mit Fremdatomen übersättigt ist, also eine gegenüber dem Gleichgewichtszustand überhöhte Konzentration an Fremdatomen besitzt. Eine weitere Voraussetzung ist, dass Diffusionsgeschwindigkeit und Zeit ausreichen, damit die Atome in der Matrix “zueinander zu finden” und einen Kristall der zweiten Phase bilden können. Diffusionsgeschwindigkeit und Übersättigung hängen jeweils von der Temperatur ab. Die Größe der Ausscheidungen ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften. Außerdem ist wichtig, ob die Teilchen kohärent oder inkohärent sind. Inkohärente Phasen haben auch bei einer zum Wirtsgitter gleichen Orientierung keine durchgehenden Gitterebenen, während die kohärenten Teilchen mit dem Wirtsgitter parallele und durchgehende Gitterebenen besitzen, auf denen sie von Versetzungen der Matrix geschnitten werden können.
“Aushärten”
Wahr oder falsch?
Bei dem Aushärten wird die Einstellung einer GP-Zone (Guinier-Preston-Zone) angestrebt.
Falsch!
Aushärten
Es sind metastabile, auf wenige Atomlagen begrenzte Schichten, die kohärent in das Wirtsgitter eingelagert sind. Sie leisten einen nur geringen Beitrag zur Festigkeitssteigerung.
Guinier-Preston-Zone
Die thermodynamisch stabile theta-Phase (intermetallische Verbindung, spröde) ist kohärend/inkohärent.
inkohärend
Inkohärente Teilchen, vornehmlich von größerem Durchmesser werden umschlossen. Dieser Vorgang ist auch energiedissipativ. Das Stichwort dazu ist der “…”. Nach dem Umschließen bleibt ein Versetzungsring um das Hindernis/Teilchen zurück.
“Orowan-Mechanismus”
Aushärten
(1) Die Legierung der Zusammensetzung L wird einer Wärmebehandlung unterzogen, die “…” genannt wird (ca. 540°C), bei der sich alle Fremdatome (Cu) im Wirtsgitter (Al) lösen.
(2) Die Probe kühlt im Wasserbad schnell auf Raumtemperatur ab und die “…” verbleiben auf ihren Plätzen.
(3) Bei der folgenden Auslagerung scheiden sich die “…” aus dem übersättigten Wirtsgitter ab. Die Auslagerung kann als Warm- oder Kaltauslagerung durchgeführt werden.
“Lösungsglühen”
“Fremdatome”
“Fremdatome”
Aushärten
Die “…” tritt sowohl bei zu langer Lagerung, aber auch bei erhöhten Temperaturen ein.
“Überalterung”
Abb. Gefügeausbildung beim Aushärten
vgl. Folie 29
