Effect of Cluster-Hardening on Strength and Formability of Aluminum Alloys

Diese Dissertation widmet sich der Entwicklung und Optimierung von Aluminiumlegierungen mit dem Ziel, den kritischen Konflikt zwischen hoher Festigkeit und ausreichender Duktilität zu überwinden und gleichzeitig die Anforderungen der Automobil- und Luftfahrtindustrie zu erfüllen. Im Fokus stehen dabei sowohl Legierungen der 6xxx-Serie als auch neuartige 5/7-Crossover-Legierungen. Während die 6xxx-Legierungen für eine ausgewogene Kombination aus Festigkeit und Duktilität optimiert wurden, vereinen die 5/7-Crossover-Legierungen die herausragende Umformbarkeit der 5xxx-Legieurungen mit der hohen Festigkeit der 7xxx-Legierungen. Um weitere Fortschritte in diesem Bereich zu erzielen, wird in dieser Arbeit das Verhalten von Clustern und Ausscheidungen während der Verformung untersucht, das Potential der Clusterhärtung in 6xxx-Legierungen hervorgehoben und die Mechanismen der Clusterbildung in 5/7-Crossover-Legierungen erforscht. Durch eine umfassende Analyse zeigt die Forschung die entscheidende Rolle von Clustern und Ausscheidungen bei der Festigkeitssteigerung von Aluminiumlegierungen. Insbesondere beeinflusst die Zugabe von Cu die Clusterbildung, ihre Stabilität und das Ausscheidungsverhalten erheblich, was zu einer verbesserten Härtbarkeit und mechanischer Eigenschaft führt. Durch die detallierte Untersuchung des Zusammenspiels zwischen Clusterbildung und Verformungsprozessen wird gezeigt, wie verformungsinduzierte Clusterbildung das Gefüge verfeinern und das Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität verbessern. Für 6xxx-Legierungen zeigt diese Arbeit das Potenzial der Clusterhärtung, Festigkeitsniveaus zu erreichen, die mit dem T6-Zustand vergleichbar sind, während die Dehnung deutlich erhöht wird. Durch diese hervorragende Kombination eignen sich diese Legierungen hervorragend für Strukturbauteile in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Die Untersuchung von 5/7-Crossover-Legierungen ergab, dass zusätzlich zu der bestehenden Kombination aus der hohen Festigkeit von 7xxx-Legierungen und der ausgezeichneten Umformbarkeit von 5xxx-Legierungen, die Cluster-Härtung das Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Dehnung weiter verbessert und Streckgrenzen von 400 MPa bei gleichzeitig verbesserter Duktilität erreicht. Durch die Erweiterung des Wissens über Clusterverhalten, Ausscheidungsmechanismen und Verformungsprozesse bietet diese Dissertation einen wegweisenden Rahmen für die Entwicklung von Hochleistungsaluminiumlegierungen. Die vorgestellten Innovationen adressieren die mechanischen Herausforderungen der Automobil- und Luftfahrtindustrie und eröffnen neue Möglichkeiten für die Herstellung leichter, leistungsstarker Komponenten, die den Anforderungen der nächsten Generation technischer Anwendungen gerecht werden.