Aluminiummetallographie

Vorbereitung von Aluminiumproben

Aluminiumlegierungen decken ein breites Spektrum chemischer Zusammensetzungen und damit ein breites Spektrum an Härtewerten ab. Daher sind die Methoden zur Vorbereitung von Proben für die mikroskopische Untersuchung Mikroclips - aus verschiedenen Aluminiumlegierungen können stark variieren.

Weiche Legierungen und unlegiertes Aluminium sind schwieriger mechanisch zu polieren. Die Hauptgründe dafür sind [1]:
a) Verformung, das beim Schneiden und Schleifen auftritt, erstreckt sich bis in eine große Tiefe;
b) wahrscheinlicher das Einbringen von Schleifpartikeln in das Metall während des Polierens;
c) harte Partikel der Sekundärphasen werden beim Polieren leicht aus der weichen Aluminiummatrix herausgezogen.

Härtere Aluminiumlegierungen haben andere Probleme. Die Erstellung von Schliffbildern ist einfacher, aber diese Legierungen haben viel mehr unterschiedliche Phasen und ihre Mikrostruktur ist viel komplexer.

Wie bekannt, Aluminium und seine Legierungen werden in zwei Kategorien unterteilt - Guss und Schmiede. Jede dieser Gruppen wird der Reihe nach nach den Hauptlegierungselementen in ihrer chemischen Zusammensetzung in Reihen unterteilt.. Weitere Details finden Sie unter. Klassifizierung von Aluminiumlegierungen.

Für alle diese Aluminiumlegierungen werden die üblichen Methoden der Dünnschliffpräparation und Untersuchung unter dem Mikroskop verwendet.. Gleichzeitig, es gibt einige Besonderheiten für verschiedene Serien und Gruppen von Aluminiumlegierungen, berücksichtigen.

Die Prozesse der Rückgewinnung und Rekristallisation in Aluminiumlegierungen können bei relativ niedrigen Temperaturen stattfinden., Über 150-300 ºS. Diese Temperaturen können bei Schneidvorgängen leicht auftreten., Schleifen und Setzen der Probe im Dorn. Diese Operationen führen selten zu strukturellen Veränderungen., die unter einem Lichtmikroskop sichtbar ist, sie können mit einem Elektronenmikroskop gesehen werden.

Metallographie von Aluminium zur Qualitätskontrolle

zur Korngrößenbestimmung und zur Bestimmung von Gefügefehlern an polierten und geätzten Proben. Zusätzlich, Proben werden oft auf Verunreinigungen untersucht, wie Oxide oder Zirkoniumaluminide.

Die Form von gegossenem legiertem Aluminium wird bewertet, Phasenverteilung und mögliche Porosität (Abb. 1). Aus bearbeitetem Material, Fehler aus dem Walz- und Strangpressprozess werden untersucht und die Plattierungsdicke gemessen (Abb. 2, Feige. 3, Feige. 4).

Feige. 1 – Aluminium-Silizium-Guss, Farbe geätzt mit Molybdänsäure [2]

Feige. 2 – Aluminiumlegierung 2024, gießen, zeigt eutektische Ausscheidungen an Korngrenzen, ungeätzt [2]

 

Feige. 3 – Als Abb. 2, homogenisiert, ungeätzt [2]

Feige. 4 – Als Abb. 2, warmgewalzt, ungeätzt

Die metallographischen Herausforderungen bei Aluminium

Die metallografischen Herausforderungen im Zusammenhang mit Aluminium und Aluminiumlegierungen ändern sich mit der Reinheit des Metalls [2]:

• Wenn die Reinheit zunimmt, Aluminium wird weicher und anfälliger für mechanische Verformungen und Kratzer. Aus hochreinem Aluminium, Schleifen kann zu tiefen Verformungen führen, beim Schleifen und Polieren von Schleifmitteln, wie Siliziumcarbid und Diamantpartikel, kann in die Oberfläche gedrückt werden.
• Wenn der Legierungsgehalt zunimmt, Aluminium wird härter. Gusslegierungen sind relativ einfach herzustellen. Jedoch, Die Aluminiummatrix muss gut poliert sein, um Fehler bei der Strukturinterpretation zu vermeiden.

Merkmale der Metallographie von technischem Aluminium

Die Struktur von kommerziell reinem Aluminium kann ihre Struktur von einem Gießverfahren oder einem Kalt- oder Warmbearbeitungsverfahren erben (Abb. 5 und 6). Eines der Probleme ist, dass bei Betrachtung unter einem Lichtmikroskop in der Regel kein Kontrast-"Bild" entsteht – es gibt zu wenige Strukturelemente aus reinem Aluminium. Dies ist ein typischer Fall, beim Eloxieren der Oberfläche eines Dünnschliffs kann helfen.

Die Mikrostruktur von unlegiertem Aluminium nach der Kaltumformung lässt sich am besten elektronenmikroskopisch untersuchen. Dann sieht man Versetzungen und Kornstruktur.

Feige. 5 – Legierung 1100-H18-Blech, kaltgewalzt.
Beachten Sie den Metallfluss um unlösliche Partikel von FeAl3 (schwarz).
Partikel sind Reste von schriftartigen Bestandteilen im Barren, die durch die Bearbeitung fragmentiert wurden.
Siehe auch Abb. 6.
0,5% HF [3].

Feige. 6 – Alloy 1100-O-Blech, kaltgewalzt und geglüht.
Rekristallisiert, gleichachsige Körner und unlösliche Partikel von FeAl3 (schwarz).
Größe und Verteilung von Fe-Al3 in der bearbeiteten Struktur wurden durch das Glühen nicht beeinflusst
(siehe auch Abb. 5).
0,5% HF [3]

Mikrostruktur von Aluminiumknetlegierungen

Aluminiumknetlegierungen haben ihren Ursprung aus Gussbarren. Nach dem Gießen und Homogenisieren wurden sie entsprechend mechanisch und wärmebehandelt., was die ursprüngliche Besetzungsstruktur veränderte. Diese Änderungen sind bei großen Produkten nach der Warmumformung relativ gering., z.B, für Schmiedeteile, dicke Platten oder massive Strangpressprofile. Veränderungen werden mit einer Erhöhung des Streckverhältnisses und einer Erhöhung des Grades der Warm- und Kaltverformung deutlicher., sowie Anzahl und Art der Wärmebehandlungen.

Zu den sichtbarsten Veränderungen in der Mikrostruktur von Aluminium-Knetlegierungen gehören [1] (Abb. 7-10):

• Auflösung löslicher Phasen oder deren Koaleszenz, um ihre Oberflächenenergie zu verringern;
• Ausscheidung von Legierungsbestandteilen bei erhöhten Temperaturen, die sich in einer übersättigten Lösung befanden;
• mechanische Fragmentierung spröder intermetallischer Phasen und deren Dehnung entlang der Hauptrichtungen der Kalt- oder Warmumformung;
• Prozesse Rückführung oder Umkristallisation nach Kaltverformung.

Feige. 7 – Alloy 2024-O-Blech.
Die Struktur besteht aus hellgrauen Partikeln aus unlöslichem (Cu,Fe,Mn)Al6,
große Blockpartikel aus ungelöstem CuMgAl2,
und feine CuMgA12-Partikel, die während des Glühens ausgeschieden wurden.
25% HNO3 [3]

Feige. 8 – Platte aus Legierung 6061-F, 38 mm dick, wie warmgewalzt (91 % Reduzierung).
Längsschnitt von der Mitte der Plattendicke. Partikel sind Fe3SiAl12 (grau, scriptlike) und Mg2Si (schwarz).
Siehe auch Abb. 9 und 10.
0,5% HF [3]

Feige. 9 – Etwas Legierung und Zustand wie Abb. 8, aber ein Längsschnitt von sauberer Plattenoberfläche.
Partikel von Fe3SiAl12 und Mg2Si sind stärker aufgebrochen und gleichmäßiger verteilt als in Abb. 8 (mittlere Dicke).
Siehe auch Abb. 10.
0,5% HF [3]

Feige. 10 – Alloy 6061-F 6,4-mm-Blech, warmgewalzt (reduziert 98%); Längsschnitt in der Mitte.
Fe3SiAl12- und Mg2Si-Partikel gebrochener und dispergierter als in Abb. 9.
Das meiste Mg2Si löst sich während des Lösungsglühens auf.
0,5% HF [3]

Quellen:
1. TALAT 1202
2. struers.com/en/Knowledge/Materials/Aluminum
3. Aluminium und Aluminiumlegierungen – ASM-Handbuch / ed. J. R. Davis