Analytische Studie eines Gussdefektes der Legierung AlMg4,5Mn0,4

Abstract

Sekundäraluminium bietet durch seine ökologischen, ökonomischen, aber auch sozialen Vorteile eine attraktive Alternative zur Primäraluminiumproduktion und bildet eine wichtige Rolle in der nachhaltigen Metallverarbeitung. Entgegen vieler Vorteile wie zum Beispiel Energieeinsparung, Ressourcenschonung, Abfall- oder CO2-Reduzierung ist die Sekundäraluminiumindustrie an einer kontinuierlichen Verbesserung bestrebt, um eine wirtschaftliche Herstellung von Produkten mit möglichst hohen und reproduzierbaren Qualitätsmerkmalen zu gewährleisten. Trotz bereits imple- mentierter Maßnahmen, die zu einer Reduzierung der Ausschussrate, der Qualitätssteigerung oder der Modifizierung der mechanischen Eigenschaften durch die Zugabe von definierten Legie- rungsmitteln beitragen, können gewünschte Anforderungsprofile nicht vollumfänglich gewährleis- tet werden. Eines der Defizite, insbesondere für die im vertikalen halbkontinuierlichen Stranggieß- prozess hergestellten magnesiumhaltigen Aluminiumwalzbarren, stellt der Oberflächenfehler in Form von Vertikalfalten dar. Durch „Trial-and-Error“ – Versuche konnte in der industriellen Anwen- dung festgestellt werden, dass über die Gießgeschwindigkeit der Defekt reduziert werden kann. Die verbleibenden Oberflächenunebenheiten werden nach dem Gießprozess mittels einem Fräs- vorgang entfernt. An dieser Problemstellung knüpft diese Dissertation an. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von potenziellen metallurgischen und technologischen Einflussfak- toren, welche das Phänomen der Vertikalfaltenbildung bekräftigen können. Eine anschließende Werkstoff- und Vertikalfaltencharakterisierung mittels geeigneter Prüf- und Messmethoden, wie beispielsweise eine Lichtmikroskopie, EDX-Analysen, Messungen der Oxidschichtdicken sowie die Einflussnahme einer inerten Schutzgasabschirmung zwischen Flüssigmetall und Sauerstoff sollte weiterführende Erkenntnisse liefern. Unter Zuhilfenahme eines Simulationsmodells war es möglich, den Gießprozess unter Anwendung verschiedener Legierungen durchzuführen und Un- terschiede aufzuzeigen. Nach Interpretation der Ergebnisse konnten experimentelle Untersuchun- gen, welche die Messung der im Barren befindlichen Eigenspannungen oder die Wirksamkeit ei- ner modifizierten Schutzgaszuführung umfassen, abgeleitet und durchgeführt werden. Mit der Vereinigung aller Erkenntnissen war es möglich, eine Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren herzuleiten und sich damit der Problemstellung zu nähern. Anhand der skizzierten The- sen und Lösungsansätze können zukünftige industriell nutzbare Applikationen implementiert wer- den.

Secondary aluminum offers an attractive alternative to primary aluminum production due to its ecological, economic and social advantages and plays an important role in sustainable metal pro- cessing. Despite many advantages such as energy savings, resource conservation, waste- or CO2- reduction, the secondary aluminum industry is striving for continuous improvement in order to ensure the economical manufacture of products with the highest possible and reproducible quality characteristics. Despite measures that have already been implemented to reduce the reject rate, improve quality or modify mechanical properties by adding defined alloying agents, the de- sired requirement profiles cannot be fully guaranteed. One of the deficits, especially for the mag- nesium-containing aluminum rolling ingots produced in the vertical semi-continuous continuous casting process, is the surface defect in the form of vertical wrinkles. Trial-and-error tests in in- dustrial applications have shown that the defect can be reduced via the casting speed. The re- maining surface irregularities are removed after the casting process by means of a milling process. This dissertation addresses this problem. The aim of this thesis was to investigate potential met- allurgical and technological influencing factors that could confirm the phenomenon of vertical wrin- kling. A subsequent material and vertical wrinkle characterization using suitable testing and meas- uring methods, such as optical microscopy, EDX analyses, measurements of the oxide layer thick- nesses and the influence of an inert shielding gas between liquid metal and oxygen should provide further insights. With the aid of a simulation model, it was possible to carry out the casting process using various alloys and to identify differences. After interpreting the results, experimental inves- tigations, which included measuring the residual stresses in the ingot or the effectiveness of a modified shielding gas supply, could be derived and carried out. By combining all the findings, it was possible to derive a dependency on various factors and thus approach the problem. Future industrially usable applications can be implemented on the basis of the outlined topics and solution approaches.