Kurzfassung
Aluminium-Kupfer-Legierungen sind hinlänglich bekannt und sowohl ihre Herstellung als auch ihre Weiterverarbeitung werden weitgehend beherrscht. Allerdings sind heutige Gusslegierungen des Systems Al-Cu auf Kupfergehalte bis etwa 6 Gew.-% beschränkt. Zurückzuführen ist dies auf die abnehmende Umformfähigkeit dieser Werkstoffgruppe mit zunehmendem Kupfergehalt. Das feine, globulare Gefüge sprühkompaktierter Al-Cu-Werkstoffe führt dazu, dass auch sprühkompaktierte Aluminiumlegierungen mit Kupfergehalten weit oberhalb der Löslichkeitsgrenze (5,65 Gew.-%) hervorragende Umformeigenschaften besitzen.
Am Beispiel des binären Werkstoffes AlCu10 wurde untersucht, inwieweit durch Anpassung der Umformung eine Verbesserung der quasi-statischen Eigenschaften sprühkompaktierter Al-Cu-Legierungen erreicht werden kann. Dabei führte die Anpassung der Umformung an die Eigenschaften des sprühkompaktierten Werkstoffes zu isotropen Festigkeitswerten. Darüber hinaus wurde eine ausgezeichnete Bruchdehnung festgestellt, die im Bereich der konventionellen Legierungen AA 2014 bzw. AA 2024 liegt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Sprühkompaktieren mehr als nur eine Alternative darstellt, um hoch kupferhaltige Aluminiumlegierungen mit ausgezeichneten Eigenschaften herzustellen.
Abstract
Al-Cu alloys are long time known and their manufacturing as well as processing is widely controllable. Because of decreasing formability with increasing the copper content, the copper concentration of today's cast Al-Cu alloys is limited about 5–6 wt.-%. In contrast to casting spray forming leads to a fine-grained microstructure. Therefore spray formed Al-Cu alloys with Cu contents far in excess of the solution limit (5,7 wt.-%) can be produced with an excellent forming behaviour.
In order to improve the quasi-static behaviour of spray formed Al-Cu alloys investigations on the binary alloy AlCu10 were done with focus on optimal forming parameters regarding their adjustment to the microstructure after spray forming. The optimised forming leads to isotropic mechanical properties. Furthermore exceeded elongation values could be achieved which reach the level of conventional alloys like AA 2014 or AA2024. The results show that spray forming is more than an alternative to produce high copper containing Al alloys with excellent plasticity as well as superior properties for relevant semi finished parts.
Literatur
1. Hatch, J. E.: Aluminium – Properties and physical metallurgy. American Society for Metals, Ohio/USA, 1984, S. 333Search in Google Scholar
2. Mondolfo, L. F.: Aluminum Alloys – Structure and Properties. Butterworths Publ., London/UK, 1976, S. 25610.1016/B978-0-408-70932-3.50008-5Search in Google Scholar
3. Xiao, D. H.; Wang, J. N.; Ding, D. Y.; Chen, S. P.: Effect of Cu content on the mechanical properties of an Al-Cu_Mg-Ag alloy. J. Alloy. Compd.343 (2002) 1–2, S. 778110.1016/S0925-8388(02)00076-2Search in Google Scholar
4. Xie, F.-Y.; Kraft, T.; Zuo, Y.; Moon, C.-H.; Chang, Y. A.: Microstructure and microsegration in al-rich Al-Cu-Mg alloys. Acta Mater.47 (1999) 2, S. 489–50010.1016/S1359-6454(98)00372-3Search in Google Scholar
5. Shukla, P.; Mandal, R. K.; Ojha, S. N.: Microstructural modifications induced by spray forming of Al-Cu alloys. Mater. Sci. Eng.304–306 (2001), S. 583–58610.1016/S0921-5093(00)01539-2Search in Google Scholar
6. Agarwal, A.; McKechnie, T.: Spray forming aluminum structures. Adv. Mater. Process.159 (2001) 5, S. 44–45Search in Google Scholar
7. Mächler, R.; Uggowitzer, P. J.; Solenthaler, C.; Speidel, M. O.: Struktur und Eigenschaften einer hochfesten sprühkompaktierten Aluminiumlegierung. Mat.-wiss. u. Werkstofftech.21 (1990), S. 459–46310.1002/mawe.19900211209Search in Google Scholar
8. Grant, P. S.; Kim, W. T.; Cantor, B.: Spray forming of aluminium-copper alloys. Mater. Sci. Eng.A134 (1991), S. 1111–1114Search in Google Scholar
9. Dai, S. L.; Delplanque, J.-P.; Lavernia, E. J.: Microstructural characteristics of 5083 Al alloys processed by reactive spray deposition for net-shape manufacturing. Metall. Mater. Trans.A29 (1998) 10, S. 2597–261110.1007/s11661-998-0232-9Search in Google Scholar
10. del Castillio, L.; Lavernia, E. J.: Microstructure and mechanical behaviour of spray deposited Al-Cu-Mg(-Ag-Mn) alloys. Metall. Mater. Trans.A31 (2000) 9, S. 2287–228710.1007/s11661-000-0145-8Search in Google Scholar
11. Hummert, K.: Sprühkompaktieren und Warmumformen pulvermetallurgischer Aluminiumlegierungen. Symposium Materialforschung neue Werkstoffe, 2.-4.11.1994, Würzburg, Dahmen, U. (Hrsg.), 1994, S. 296–305Search in Google Scholar
12. Cherng, J.-P.; Chun, J.-H.; Ando, T.: In-flight solidification behaviour of aluminium alloy droplets produced by the uniform droplet spry process. Solidification. The Minerals, Metals & Materials Society Pennsylvania (USA), 1998, S. 317–325Search in Google Scholar
13. Schimanski, K.; Schulz, A.; Vetters, H.; Bauckhage, K.; Mayr, P.: Extension of the performance of Al-Cu alloys by spray forming. Adv. Eng. Mater.6 (2004) 11, S. 879–88310.1002/adem.200300506Search in Google Scholar
14. Grant, P. S.: Rapid solidification processing. Claitor Publishing Division, Los Angeles (USA), 1970Search in Google Scholar
15. Gill, S. C.; Kurz, W.: Rapidly solidified Al-Cu alloys II: Calculation of the microstructure selection map. Acta Metall. Mater.43 (1995) 1, S. 139–151Search in Google Scholar
16. Kawamura, Y.; Inoue, A.; Masumoto, T.: Mechanical properties of amorphous alloy compacts prepared by a closed processing system. Scripta Metall. Mater.29 (1993) 1, S. 25–3010.1016/0956-716X(93)90248-QSearch in Google Scholar
17. Maire, E.; Wilkinsin, D. S.; Embury, J. D.; Henein, H.: Ductilization of a powder metallurgy Al-17 wt% Cu by means of channel-die compression and extrusions. Metall. Mater. Trans.A29 (1998) 10, S. 2613–261310.1007/s11661-998-0233-8Search in Google Scholar
18. J. G.Solomir: Übersicht über! die Pulvermetallurgie des Aluminiums. Z. Metallkd.52 (1961) 10, S. 645–65110.1515/ijmr-1961-521008Search in Google Scholar
© 2007, Carl Hanser Verlag, München