Gerichtete Erstarrung einer eutektischen Al-Cu-Mg-Legierung

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Beziehung der Prozessbedingungen und der Gefügeausbildung einer eutektischen Al-Cu-Mg Legierung bei gerichteter Erstarrung zu untersuchen. Das ternäre System Al-Cu-Mg besitzt mehrere eutektische Punkte. Untersucht werden soll das Eutektikum bei einer Zusammensetzung von 73,9 at.% Al, 15,5 at.% Cu und 10,6 at.% Mg. An diesem Punkt scheiden sich Al-Mischkristall, S-Phase ( Al2CuMg) und θ-Phase ( Al2Cu) aus. Für die gerichtete Erstarrung stand die Artemis 2 Anlage zur Verfügung, eine Ofenanlage die auf dem Einsatz von Silica-Aerogelen als Tiegelmaterial beruht. Durch den Einsatz der Aerogele können flache Isothermen erzeugt werden und es wird die optische Beobachtung der fest-flüssig Phasengrenze ermöglicht. Die Proben werden mit 1µm/s, 2µm/s, 4µm/s und 8µm/s Abkühlungsgeschwindigkeit erstarrt. Von den prozessierten Proben werden am Rasterelektronenmikroskop Schliffbilder aufgenommen. Die Phasen wurden mit Hilfe von EDX identifiziert und die verschiedenen Gefüge untersucht und verglichen. Es stellte sich heraus, dass nicht exakt die eutektische Zusammensetzung verwendet wurde, sondern eine knapp neben der eutektischen. Dies führte entweder zu primären S- oder θ-Ausscheidungen. Die Al- und die S-Phase bilden ein lamellares Eutektikum, dass von θ–Fasern regelmäßig durchsetzt ist. Der Zusammenhang zwischen Lamellenabstand und Erstarrungsgeschwindigkeit nach Jackson und Hunt konnte bestätigt werden. Der Volumenanteil wurde zu 22,5% θ- Phase, 38,3% S-Phase und 39,2% Al-Phase für magnesiumreichere Proben bestimmt. Für eine magnesiumärmere Probe wurde der Volumenanteil zu 27,1% θ-Phase, 33% S-Phase und 39,9% Al-Phase bestimmt.