Beeinflussung der Erstarrung von Magnesiumlegierungen durch niederfrequente mechanische Schwingungen
Final Report Abstract
Eine gleichmäßige Beaufschlagung des kompletten Schmelzevolumens mit mechanischen Schwingungen ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen vibrationsbasierten Kornfeinungsmethoden wie dem Ultraschallverfahren, bei dem die positiven Auswirkungen auf das Gefüge je nach Einkopplung und Ausbreitung der Wellen teils nur lokal begrenzt auftreten. Wie die Makroschliffe der in diesem Projekt hergestellten Reinmagnesiumabgüsse zeigen, ist bei Verwendung niederfrequenter mechanischer Vibrationen auch über größere Probenbereiche ein feinkörnigeres Gefüge vorhanden, was neben der verhältnismäßig einfachen Anlagentechnik ein zentraler Vorteil der Methode ist. In den durchgeführten Versuchen ließen sich vor allem durch die Beaufschlagung mit Vibrationen quer zur Kokillenachse sichtbar verbesserte Ergebnisse für die mittleren Korngrößen der vergossenen Legierung AZ91 erzielen. Es konnte der durchschnittliche Korndurchmesser infolge der intensiven radialen Schwingungen mit Amplituden von 5,4 mm Peak-zu-Peak um nahezu 50% gesenkt werden und erreicht somit fast das Niveau der unter Einwirkung der Kokillenkühlung abgegossenen Proben. Anlagenbedingt sind bei der Vibration in Längsrichtung der Kokille wesentlich geringere Auslenkungen erreichbar, weswegen der Einfluss auf die Gefügestruktur hier schwächer ausfällt. Wie bereits beschrieben, lokalisieren sich die Mg17Al12-Ausscheidungen bei höheren Schwingungsamplituden ab ca. ± 1 mm unabhängig von der Wirkrichtung aber vermehrt an den Korngrenzen, weil die Aluminiumdiffusion während des Kristallisationsvorgangs der Legierung aufgrund der starken Vibrationen behindert wird. Die Sprödigkeit der Korngrenzenphase wirkt sich ungünstig auf die mechanischen Eigenschaften aus und kann nur durch ein Lösungsglühen der Proben mit anschließendem Abschrecken eliminiert werden. Es wird davon ausgegangen, dass der mit Hilfe der doppelwandigen Kokillen erzeugte Einfluss der schnellen Abkühlung auf die Korngröße von AZ91 die Wirkung der Vibrationsbehandlung hier vollständig überlagert und zumindest bei der in diesem Projekt verwendeten einfachen Zylinderkokillengeometrie die effektivere Methode zur Kornfeinung darstellt, z.B. bei der Herstellung von Strangpress-Halbzeugen. Jedoch kann bei komplizierteren Kokillenformen im Niederdruckguss, etwa zur Herstellung von Gussprodukten, welche keiner Umformbearbeitung unterzogen werden, unter Umständen nicht auf eine Kühlung zurückgegriffen werden, weil eine komplette Formfüllung gewährleistet werden muss. In diesem Fall lässt sich das Gefüge der vergossenen Magnesium- Aluminium-Legierung über eine intensive Vibrationsbehandlung mit relativ hohen Schwingamplituden kornfeinen, die bei den in diesem Projekt durchgeführten Versuchen zwischen ± 1…2,7 mm lagen.
