Effect of ECAP and heat treatment on microstructure and mechanical properties of a SiC reinforced Al‐Cu alloy
Authors: Wagner S. , Podlesak H. , Siebeck S. , Nestler D. , Wagner M. F.‐X. , Wielage B. , Hockauf M. 
Published: September 2010

Der Beitrag befasst sich mit der Herstellung und Eigenschaftsmodifizierung eines pulvermetallurgisch hergestellten Verbundwerkstoffes auf Basis der ausscheidungshärtbaren Aluminiumknetlegierung EN AW‐2017 und 5 Vol.‐% SiC‐Partikeln der Kornfraktion 0,2 bis 2 μm. Dabei wird eine Kombination von ECAP und nachträglicher Wärmebehandlung angewendet. Die verschiedenen Behandlungszustände werden anhand von lichtmikroskopischen, raster‐ sowie transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen charakterisiert. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Härtemessungen und quasistatische Zugversuche dokumentiert. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass mit Hilfe der zur Herstellung verwendeten Prozessroute im stranggepressten Zustand eine relativ homogene Verteilung und eine gute Einbettung der SiC‐Partikel in die Matrix sowie ein geeigneter Grenzflächenzustand erzielt werden. Während der nachträglichen Lösungsglühbehandlung entsteht eine signifikante Porosität, die auf hohe Mengen und unzureichende Entfernung der Stearinsäure (Hilfsstoff bei der Herstellung des Verbundpulvers) zurückzuführen ist. Dadurch werden die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes negativ beeinflusst. Die Untersuchungen zeigen außerdem, dass die ECAP‐Umformung von Aluminiummatrix‐Verbundwerkstoffen mit max. 1 μm großen Hartstoffpartikeln realisierbar ist und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften grundsätzlich erzielt werden kann. Die ECAP‐Umformung führt zu einer signifikanten Festigkeitssteigerung, die auf eine veränderte Defektstruktur zurückgeführt werden kann. Die hier betrachtete Temperaturwahl für die nachfolgende Wärmebehandlung bei 170°C erweist sich jedoch als nicht gut geeignet, da ein Entfestigungseffekt der Matrixlegierung aufgrund von Erholungs‐ und Überalterungsvorgängen einsetzte. Die hier präsentierten, ersten Ergebnisse bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zur mikrostrukturellen Optimierung von partikelverstärkten Aluminiumlegierungen durch ECAP.

In this study, the production and optimization of an aluminum matrix composite prepared by powder metallurgy, Equal‐channel angular pressing (ECAP) and a subsequent heat treatment is investigated. A gas atomized powder (composition approximately similar to the commercial AA2017 alloy) was high energy ball milled with 5 vol.‐% SiC particles (0.2 to 2 μm), hot iso‐statically pressed and extruded to square bars. Optical, scanning‐ and transmission electron microscopy are performed to characterize the corresponding microstructural evolution. The mechanical properties are determined by quasi‐static tensile testing and hardness measurements. The experimental results show that the extruded condition exhibits a relatively homogeneous particle distribution with a good interface quality. However, the subsequent solid‐solution heat treatment results in a significant increase of porosity due to remnant stearic acid (milling agent for the production of the composite powder) which was only partly removed during degassing. This leads to a significant degradation of the mechanical properties. This study also indicates that ECAP‐processing of aluminum matrix composites with particle sizes below 1 μm can in principle lead to significant increases in strength by altering the relevant defect structures. The heat treatment temperature considered here (170°C) results in a softening due to simultaneous recovery and over‐aging. But the first results presented here may well point out directions for further studies on microstructural optimization of particle reinforced aluminum alloys by ECAP.