Kontinuierliche Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme der Aluminiumlegierungen EN AW-7020 und EN AW-7050∗

Kurzfassung

Ausscheidungshärten ist einer der wichtigsten Prozesse, um die Festigkeit von Aluminiumlegierungen zu steigern. Es besteht aus den Schritten Lösungsglühen, Abschrecken und Auslagern. Für die Bestimmung der optimalen Abschreckparameter sowie für Wärmebehandlungssimulationen ist es wichtig, das temperatur- und zeitabhängige Ausscheidungsverhalten bei kontinuierlicher Abkühlung zu kennen. Bisher existieren aber nahezu keine kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme für Aluminiumlegierungen. Die stattdessen verwendeten isothermischen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme oder vorgegebene mittlere Abschreckraten erlauben zwar eine Abschätzung der Abschreckprozesse, aber sie liefern keine zufriedenstellenden Ergebnisse für Härtereien oder Wärmebehandlungssimulationen.

Die thermische Analyse, insbesondere die Differential Power Scanning Calorimetry (DPSC), stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Messung von kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagrammen dar, falls das DPSC-Gerät die erforderlichen Abschreckgeschwindigkeiten erreichen kann. Für die Aluminiumlegierungen EN AW-7020 (EN AW-AlZn4,5Mg1) und EN AW-7050 (EN AW-AlZn6CuMgZr) konnten kontinuierliche Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme aufgestellt werden. Bei EN AW-7020 konnte eine kritische Abkühlgeschwindigkeit von 155 K/min ermittelt werden, oberhalb welcher keine Ausscheidungen beim Abkühlen mehr gebildet werden. Des Weiteren wurden zur Charakterisierung Härteprüfungen, metallographische Analysen mittels Licht- und Transmissionselektronenmikroskop und Wiedererwärmversuche in der DPSC durchgeführt. Hierbei konnte eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse mit den kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagrammen festgestellt werden.

Abstract

Age hardening is one of the most important processes to strengthen aluminium alloys. It usually consists of the steps solution annealing, quenching, and aging. For heat treatment simulations as well as for the appropriate choice of quenching processes in heat treatment shops, knowledge of the temperature- and timedependent precipitation behaviour during continuous cooling is required. Unfortunately continuous cooling transformation (CCT) diagrams of aluminium alloys do almost not exist. Instead isothermal transformation (IT) diagrams or given average quenching rates are used to estimate quenching processes, but they are not satisfying neither for heat treatment simulations nor for heat treatment shops.

Thermal analysis, especially Differential Power Scanning Calorimetry (DPSC) provides an approach for CCT-diagrams of aluminium alloys, if the relevant quenching rates can be realized in the DPSC-equipment. For the aluminium alloys 7020 (Al-4.5Zn-1Mg) and 7050 (Al-6Zn-Cu-Mg-Zr) CCT-diagrams have been measured. A critical cooling rate of 155 K/min, with no precipitation above this rate, could be detected for the alloy 7020. Quenched samples have been further investigated regarding their microstructure by light and transmission electron microscopy, hardness after aging and precipitation behaviour during re-heating in DPSC. The CCT diagrams correlated very well with the microstructure, hardness and re-heating results.