Optimizing the Heat Treatment of a Novel 2xxx Aluminum Alloy

Als Reaktion auf die wachsende Nachfrage nach Hochleistungswerkstoffen, die erhöhte Temperaturen über längere Zeiträume standhalten können und gleichzeitig ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften beibehalten, untersucht diese Arbeit das Verfestigungs- und Härtungspotenzial neuartiger Al-Cu-Mg-Ag-Legierungen der 2xxx-Serie. Der Fokus liegt dabei auf drei Varianten mit geringfügigen Zusätzen von Zr, Ni und Fe sowie unterschiedlichem Mg-Gehalt. Ziel der Studie ist es, sowohl die Lösungsglühbehandlung als auch den künstlichen Alterungsprozess zu optimieren, um die mechanischen Eigenschaften der Legierungen zu verbessern. Die jeweiligen Legierungen wurden unter Einsatz verschiedener experimenteller Methoden eingehend untersucht, um zwei Hauptziele zu erreichen: (i) die Optimierung des Lösungsglühens zur Erzeugung eines möglichst homogenen übersättigten Mischkristalls sowie (ii) die Bestimmung optimaler Parameter (Temperatur und Haltezeit) für die Alterung einschließlich ein- und mehrstufiger Wärmebehandlungsstrategien. Die Effektivität der Lösungsglühbehandlung, durchgeführt bei vier verschiedenen Temperaturen und variierenden Haltezeiten, wurde mithilfe von Rasterelektronenmikroskopie, energiedispersiver Röntgenspektroskopie und Härteprüfung bewertet. Die anschließende natürliche Alterung lieferte zusätzliche Hinweise auf das höchstmögliche Härtungspotenzial der jeweiligen Legierung. Die einstufige Alterung wurde bei fünf verschiedenen Temperaturen für bis zu 48 Stunden durchgeführt. Der betrachtete mehrstufige Alterungsprozess umfasste dabei zwei Schritte: einen ersten bei niedrigerer und einen anschließenden bei höherer Temperatur. Zudem wurden unterschiedliche Lösungsglüh-Temperaturen in Kombination mit anschließender einstufiger Alterung verglichen. Nach T6-Wärmebehandlungen wurden Hochtemperaturversuche bei drei verschiedenen Temperaturen über eine Dauer von 72 Stunden durchgeführt, um das jeweilige Potenzial der Wärmebehandlungsstrategien zu beurteilen. Dieser umfassende Ansatz ermöglichte eine detaillierte Diskussion des Zusammenspiels zwischen Lösungsglühbedingungen, Alterungsstrategien und den resultierenden mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Mg-Gehalt. Auf diese Weise konnten wertvolle Erkenntnisse zur Optimierung der Al-Cu-Mg-Ag-Legierungen der 2xxx-Serie für Hochleistungsanwendungen gewonnen werden.