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H. Radlwimmer:
"Microstructural evolution during homogenization of AA-7075 alloy";
Supervisor: A. Falahati, E. Kozeschnik; Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie, 2014.

The microstructural evolution of a direct chill (DC) electromagnetically cast (EMC) 7075 aluminum alloy ingot was investigated during homogenization. Investigations were performed utilizing metallographic analysis, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and differential scanning calorimetry (DSC).
By means of metallographic analysis the as-cast microstructure was evaluated using manual as well as computer aided techniques. With both methods nearly identical results were obtained for the average cell size. Furthermore, the computer aided image analysis reveals that the cell size distribution in the as-cast stage has a right skewed distribution. Hence, a tendency to fine cells.
The analysis of recorded SEM images together with EDX analysis shows that it is possible to dissolve the continuous eutectic network (α-Al + M-Mg(Al,Cu,Zn)₂ + S-Al₂CuMg + T-Mg₃(Al,Cu,Zn)₂) - obtained in the as-cast state-totally into the matrix. During the homogenization process intermetallic phases are precipitated at the grain boundary and, in the form of dispersoids, finely dispersed within the grains. The applied homogenization process is also capable of removing the intermediately created detrimental Al₂CuMg (S-phase), which transformed from the primary eutectic phase. Moreover, it became clear that the phase fraction of Mg₂Si is nearly unchanged over the whole process, while the phase fraction of the iron-copper-(chromium) bearing phases - Al₂₃CuFe₄, Al₇Cu₂Fe, and in this thesis discovered Al₈₀(Cr,Fe)_14-16Cu_4-6 - slightly grows at elevated temperatures as well as during cooling. For the latter group it was also found that these elements are undissolvable in an aluminum alloy during homogenization, due to their high melting points.
The DSC investigation shows the presence of two low melting point phases. The first low melting point phase is already present in the as-cast stage. By observing the course of the SEM images and EDX analysis together with DSC diagrams and comparative literature study, this phase is identified to result from the melting of Mg₃(Al,Cu,Zn)₂ (T-phase). In a similar procedure the second low melting phase is verified to be the S-phase. However, the utilization of DSC analysis reveals that the S-phase is already present when it is hard to identify it by means of EDX analysis. This emphasizes the advantage of utilizing different characterization mechanisms. Finally, in the as-homogenized state it is shown that the S-phase does not develop again, while the melt peak of the eutectic phase is obtained in minute amounts next to a huge dissolution region, which is attributed to the dissolution of the present precipitates.
The information obtained by the as-cast state was used as foundation for a computational kinetic simulation. The final results show that the simulation is capable of obtaining results, which picture the reality.

Ein mittels elektromagnetischer Kokille vertikal stranggegossener Aluminiumwalzbarren der Legierung 7075 wurde hinsichtlich seiner Gefügeentwicklung während einer speziellen Homogenisierungsbehandlung untersucht. Dabei kamen die folgenden Untersuchungsmethoden zum Einsatz: Metallografie, Rasterelektronenmikroskopie (REM), energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDRS) und dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK).
Die metallografischen Untersuchungen der Probe im Gießzustand wurden sowohl mit manuellen als auch rechnergestützten Methoden durchgeführt. Beide Methoden kommen auf nahezu identische Ergebnisse. Zusätzlich liefert die rechnergestützte Analyse die Erkenntnis, dass die Verteilung der Zellgröße rechtsschief ist. Feine Zellstrukturen werden daher bevorzugt gebildet.
Die kombinierte Analyse der REM-Bilder zusammen mit den EDRS-Daten zeigt, dass es möglich ist das zusammenhängende eutektische Netzwerk (α-Al + M-Mg(Al,Cu,Zn)₂ + S-Al₂CuMg + T-Mg₃(Al,Cu,Zn)₂), welches im Gießzustand beobachtet werden kann, in der Matrix zu lösen und während des Homogenisierungsprozesses an den Korngrenzen sowie, in Form von Dispersoiden, fein verteilt in der Matrix auszuscheiden. Außerdem kann gezeigt werden, dass der angewandte Homogenisierungsprozess fähig ist, aus der eutektischen Phase gebildetes Al₂CuMg (S-phase) zu eliminieren. Darüberhinaus wird festgestellt, dass der Phasenanteil von Mg₂Si während des gesamten Homogenisierungsverlaufs nahezu unverändert bleibt, wohingegen der Anteil der Eisen-Kupfer-(Chrom)-haltigen Phasen (Al₂₃CuFe₄, Al₇Cu₂Fe, und die in dieser Arbeit entdeckte Phase Al₈₀(Cr,Fe)_14-16Cu_4-6), bei höheren Temperaturen und während des Abkühlens, leicht anwächst. Die Phasen der letzten Gruppe sind aufgrund hoher Schmelzpunkte unlöslich in Aluminiumlegierungen, da deren Schmelzpunkt weit oberhalb von Aluminium liegt.
Durch die DDK-Analyse werden zwei niedrigschmelzende Phasen nachgewiesen, wobei eine der beiden Phasen bereits im Gießzustand vorhanden ist. Die Gesamtheit aller Analysen in Zusammenhang mit dem Literaturstudium ermöglicht es, die erste niedrigschmelzende Phase der T-phase (Mg₃(Al,Cu,Zn)₂) zuzuordnen. Analog dazu wird die zweite niedrigschmelzende Phase als S-phase identifiziert. Der Vergleich der verschiedenen Untersuchungsmethoden in Bezug auf die niedrigschmelzenden Phasen zeigt, dass mittels DDK-Analyse, im Gegensatz zur EDRS-Analyse, bereits sehr geringe Anteile nachgewiesen werden können. Dies streicht die Stärken der DDK-Analyse bei der Untersuchung von Werkstoffen hervor. In der homogenisierten Probe kann keine S-phase nachgewiesen werden. Außerdem tritt neben sehr geringen Mengen T-Phase ein sehr großer endothermer Schmelzbereich auf, welcher den zuvor erwähnten Ausscheidungen zuzurechnen ist.
Die aus der Probe im Gießzustand gewonnen Daten wurden zum Aufbau einer rechnergestützten Kinetiksimulation der Homogenisierung herangezogen. Dabei zeigt sich, dass es möglich ist die Realität abzubilden.

7075 aluminum alloy, direct chill casting, homogenization, Intermetalic phase, S-phase, dispersoids