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Abb. 7: Vergleich simulierte und gemessene Korngröße
bis es schließlich im Strang 20-mal so
lang wie breit ist (Detail 2).
In Abb. 6 sind die gemessenen Längen
und Dicken der Körner über den
Umformgrad aufgetragen. Es sind verschiedene
Tendenzen zu erkennen.
Wie schon durch die Betrachtung
von Abb. 3 belegt, wird in dem Diagramm
der Korndicke noch einmal
sehr deutlich, dass das Korn mit steigendem
Umformgrad dünner wird. Ist
ein Umformgrad von ca. 4 erreicht,
nimmt die Korndicke nicht weiter ab.
An dieser Stelle kann davon ausgegangen
werden, dass die Korndicke
den Grenzwert von der doppelten
Subkorngröße erreicht hat und die
Körner nicht dünner werden können.
Auch im Diagramm der Kornlänge
ist bei einem Umformgrad von ca. 4
ein Bruch in der bis dahin steigenden
Tendenz zu erkennen. So steigt die
Länge der Körner bis auf ein 6-Faches
ihres Ausgangsdurchmessers an und
fällt danach abrupt ab, sodass hier davon
ausgegangen werden kann, dass
durch das Erreichen des Grenzwertes
bei der Korndicke die dynamische Rekristallisation
einsetzt. Des Weiteren
kann daraus geschlossen werden,
dass bis zu einem Umformgrad von
ca. 4 die Korndeformation allein aus
Abb. 8: Vergleich zwischen Einstrang- und Vierstrangmatrize
ALUMINIUM · 4/2010
der Werkstoffdeformation herrührt.
Das Verbinden der experimentellen
und der numerischen Ergebnisse
führt zu einer numerischen Berechnung
der Korngröße. In Abb. 7 ist das
Berechnungsergebnis exemplarisch
anhand der Korndicke aufgezeigt. Die
Korngröße kann mit guter Genauigkeit
bestimmt werden.
Gezielte Beeinflussung
der Mikrostruktur
Die Ausbildung des Gefüges wird
stark durch den erreichten Umformgrad,
aber auch durch die Dehnrate
und Temperatur des Werkstoffes
beeinflusst. Wird Einfluss auf diese
Größen ausgeübt, z. B. durch Änderung
der Matrizengestalt oder der
Pressgeschwindigkeit, kann das sich
einstellende Gefüge gezielt geändert
werden. Am Beispiel einer Rundstange
mit 20 mm Durchmesser ist in Abb.
8 aufgezeigt, wie die inneren Prozessgrößen
Umformgrad, Dehnrate
und Temperatur durch das Pressen
von vier statt einer Rundstange beeinflusst
werden können. Die Ergebnisse
zeigen sehr deutlich, dass der
Umformgrad durch das Pressen von
gleichzeitig vier Strängen über den
RESEARCH
Profilquerschnitt gleichmäßig und
auf einem hohen Niveau eingestellt
werden kann. Auch bei Dehnrate und
Temperatur ist diese Tendenz zu erkennen.
Dies hat zur Folge, dass so
auch die Korngrößenverteilung über
den Querschnitt gleichmäßig sein
wird, sodass auch in der Profilmitte
sehr feine Körner zu erwarten sind.
Zusammenfassung und Ausblick
Die Einstellung der mechanischen
Eigenschaften eines Strangpressprofils
kann durch den Werkstofffluss
und die Prozessparameter wie Temperatur
und Stempelgeschwindigkeit
erfolgen. Um die optimalen Prozessbedingungen
zu bestimmen, sollte
der Prozess aus Zeit- und Kostenersparnis
simuliert werden. Es ist daher
notwendig, die sich einstellenden
Korngrößen abbilden zu können. Im
Rahmen der durchgeführten Arbeiten
konnte die Mikrostrukturentwicklung
beim Strangpressen mithilfe
eines einfachen Modells erfolgreich
vorhergesagt werden. Allerdings
kann durch Modelloptimierung an
manchen Stellen die Genauigkeit
noch gesteigert werden. Der Fokus
der zukünftigen Arbeiten liegt in der
Beeinflussung der Prozessparameter
sowie der Matrizengestalt, um so
die mechanischen Eigenschaften von
komplexeren Strangpressprofilen gezielt
einstellen zu können.
Danksagung
Diese Veröffentlichung basiert auf
Forschungsarbeiten der Forschergruppe
Strangpressen FOR922, die
von der Deutschen Forschungsgemeinschaft
(DFG) gefördert wird.
Literatur
1. E. Hornbogen, H. Warlimont: Metallkunde
Aufbau und Eigenschaften von Metallen
und Legierungen, 4. Aufl., Springer
Verlag, 2001, ISBN 3-540-67355-5
2. H. Van Geertruyden: The Origin of Surface
Recrystallization in Extrusion of 6xxx
Aluminum Alloys, PhD-Thesis, Lehigh
University, 2004
3. H. J. McQueen, W. Blum: Dynamic recovery:
sufficient mechanism in the hot
deformation of Al (