Magnesium alloys are considered to have a high potential for applications in many engineering fields. Specifically, AZ alloys are of low weight, good castability and strength and they are also fairly resistant to corrosion. Moreover, the mechanical properties can be further improved by metalworking tech- niques. Methods of severe plastic deformation are often used for this purpose. Rotary swagging, which is one of those methods, is used for tubes and rods crafting. This method allows the material structure to reach homogeneous microstructure in its full volume. There has already been a fine amount of research effort and studies done in regards to mechanical properties of AZ alloys prepared with the methods of severe plastic de- formation. The ultimate goal of this thesis is to study fatigue properties of said alloys, which have not been subjected to such research in sufficient volume as of yet. 1

A liga binária Al-Cu é a base para todas as ligas da série 2xxx que são de grande importância em diversas aplicações como na indústria aeronáutica, transporte, máquinas e equipamentos. No entanto, pouco se conhece sobre os efeitos do tipo de solidificação desta liga e da deformação plástica sobre sua resistência à corrosão em meio aquoso. O escopo deste trabalho foi procurar correlacionar microestruturas da liga Al-4,5%p.Cu solidificada de maneira convencional e unidirecional vertical ascendente (brutas de fusão, deformadas plasticamente por forjamento rotativo a frio, e tratadas termicamente visando recristalização), orientações preferenciais de grãos com as características de resistência à corrosão. Foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura e óptica, difratometria de raios X e ensaios eletroquímicos em soluções de NaCl 0,6 M e Na2SO4 0,1M por polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A taxa de corrosão foi maior em solução de NaCl 0,6 M do que em Na2SO4 0,1M para todas as amostras. O aumento da redução por deformação plástica conduziu a uma diminuição da resistência à corrosão da liga devido ao aumento das tensões internas e ao aparecimento de orientações preferenciais dos grãos de menor densidade planar como (200) e (220). As amostras recristalizadas apresentaram de uma forma geral uma resistência maior quando comparada às amostras não recristalizadas, comportamento atribuído ao alívio de tensões internas e ao desaparecimento da orientação preferencial do plano menos denso (220). / The binary Al-Cu alloy is the basis for all AA2xxx alloys, being important in several applications as aeronautical industry, transportation, machines and equipments. However, few is known about the effect of the type of solidification of this alloy and plastic deformation on the corrosion resistance in aqueous medium. The scope of this work was to correlate microstructures of the Al-4.5 % wt. Cu alloy solidified under conventional and upward direct chilling conditions (as cast condition, plastic formed by cold swaging, and heat treated seeking recristallyzation), crystallographic orientations and corrosion resistance characteristics. Scanning electron microscopy and optical, X ray diffractometry techniques and electrochemical measurements in NaCl 0,6 M and Na2SO4 0,1 M potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy were used. The corrosion rate in NaCl 0,6 M was higher than in Na2SO4 0,1 M for all samples. The increase of the plastic deformation led to alloy corrosion resistance decrease, due to the internal stresses increase and the arising of less dense grain preferred orientations of lower planar density as (200) and (220) orientations. The recristallyzed samples presented in a general way a higher corrosion resistance, when compared to the non recristallyzed samples, being imputed to the internal tension relieve and the extinction of the plane (220) of lower planar density to a structure of random orientation.

A liga binária Al-Cu é a base para todas as ligas da série 2xxx que são de grande importância em diversas aplicações como na indústria aeronáutica, transporte, máquinas e equipamentos. No entanto, pouco se conhece sobre os efeitos do tipo de solidificação desta liga e da deformação plástica sobre sua resistência à corrosão em meio aquoso. O escopo deste trabalho foi procurar correlacionar microestruturas da liga Al-4,5%p.Cu solidificada de maneira convencional e unidirecional vertical ascendente (brutas de fusão, deformadas plasticamente por forjamento rotativo a frio, e tratadas termicamente visando recristalização), orientações preferenciais de grãos com as características de resistência à corrosão. Foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura e óptica, difratometria de raios X e ensaios eletroquímicos em soluções de NaCl 0,6 M e Na2SO4 0,1M por polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A taxa de corrosão foi maior em solução de NaCl 0,6 M do que em Na2SO4 0,1M para todas as amostras. O aumento da redução por deformação plástica conduziu a uma diminuição da resistência à corrosão da liga devido ao aumento das tensões internas e ao aparecimento de orientações preferenciais dos grãos de menor densidade planar como (200) e (220). As amostras recristalizadas apresentaram de uma forma geral uma resistência maior quando comparada às amostras não recristalizadas, comportamento atribuído ao alívio de tensões internas e ao desaparecimento da orientação preferencial do plano menos denso (220). / The binary Al-Cu alloy is the basis for all AA2xxx alloys, being important in several applications as aeronautical industry, transportation, machines and equipments. However, few is known about the effect of the type of solidification of this alloy and plastic deformation on the corrosion resistance in aqueous medium. The scope of this work was to correlate microstructures of the Al-4.5 % wt. Cu alloy solidified under conventional and upward direct chilling conditions (as cast condition, plastic formed by cold swaging, and heat treated seeking recristallyzation), crystallographic orientations and corrosion resistance characteristics. Scanning electron microscopy and optical, X ray diffractometry techniques and electrochemical measurements in NaCl 0,6 M and Na2SO4 0,1 M potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy were used. The corrosion rate in NaCl 0,6 M was higher than in Na2SO4 0,1 M for all samples. The increase of the plastic deformation led to alloy corrosion resistance decrease, due to the internal stresses increase and the arising of less dense grain preferred orientations of lower planar density as (200) and (220) orientations. The recristallyzed samples presented in a general way a higher corrosion resistance, when compared to the non recristallyzed samples, being imputed to the internal tension relieve and the extinction of the plane (220) of lower planar density to a structure of random orientation.

L'augmentation constante de la circulation automobile a travers le monde fait des effluents gazeux un des problèmes majeurs de toutes les sociétés modernes. Tant d'un point de vue économique et écologique, chacun s'accorde sur le fait que la consommation de carburants fossiles utilisés dans le transport doit baisser, principalement en réduisant le poids des véhicules. Le développement de matériaux à hautes performances et à bas prix est donc indispensable. Pour atteindre cet objectif, cette étude visait à élucider les interactions entre la déformation et les transformations de phase dans les aciers a hautes performances qui pourraient remplir les conditions de réduction de poids. En effet, une large gamme de travaux a montrer que les transformations de phase induites mécaniquement (effet TRIP) de l'austénite peuvent être à l'origine d'une amélioration des propriétés mécaniques dans de nombreuses nuances d'acier. Les transformations de phase induites par la déformation dépendent de deux paramètres : la stabilité relative et l'énergie de fautes d'empilement de l'austénite, qui sont affectes par différents facteurs. Les interactions entre les transformations de phase et les propriétés mécaniques de différentes nuances Cr-Ni et Mn-Si-Al furent examinées sous plusieurs conditions de taille de grain, de température et d'état de chargement. Des relations particulières furent établies entre les phénomènes qui se produisent a l'échelle des grains individuels et a l'échelle macroscopique. Les mécanismes cristallographiques des transformations de phase successives (austénite - martensite e - martensite a') ont été mis en évidence. Finalement, différentes techniques de raffinage de la taille de grain furent utilisées pour produire des aciers inoxydables comportant des tailles de grain variées, et l'efficacité de ces techniques a été comparée. Pour cela, les cinétiques de retransformation, recrystallisation et croissance des grains ont été étudiées. La réduction de taille des grains par cycles de transformations de phase fut établie comme plus efficace de la méthode classique par déformation - recristallisation. / The continuously increasing use of automobiles all over the world, is making of gas effluents one of the major concerns for all modern societies. From economical and ecological points of view, everyone agrees on the fact that the consumption of fossil fuels for transport must decrease, particularly by vehicle weight reduction. Development of high performance materials at low cost is therefore needed. In order to achieve this requirement, the present work aimed at investigating the interactions between straining and phase transformations in high performance steels that could meet the weight saving requirements. Indeed, a wide range of studies has shown that mechanically-induced phase transformations (TRIP effect) of the austenite may bring about improved mechanical properties in different steel grades. Strain-induced phase transformations depend on two parameters : the relative stability and the stacking fault energy of the austenite, which are affected by different factors. The interactions between the phase transformations and the mechanical properties of different Ni-Cr and Mn-Si-Al grades were examined under various conditions of grain size, temperature or stress state. Particular relationships were clearly established between the phenomena taking place at the scale of the individual grains and at the macroscopic scale. The crystallographic mechanisms of the successive strain-induced phase transformations (austenite - e-martensite - a'-martensite) has been clarified. Finally, different techniques of grain refinement were used to process stainless steels with various grain sizes, assessing the efficiency of these techniques. Therefore, the kinetics of retransformation, recrystallisation and grain growth were studied. Grain refinement by cycles of phase transformations was found more effective than the classical deformation - recrystallisation method.

Pure aluminium and aluminium-5wt % TiO2 aluminium foams were produced by powder metallurgy technique with the use of TiH2 as foaming agent. Two sizes of TiH2 were used: 20&micro / m and 3&micro / m. It has been confirmed that high level of compaction is the primary requirement in foaming. It was shown that hot swaging could be used as a method of compaction for foaming as it leads to values close to full density. Pure aluminium foamed at 675&deg / C and 725&deg / C leads to a volume expansion between 90-180 %. A model was developed for pure aluminium to explain the pore initiation and the resultant pore size. The model predicts a critical particle size for TiH2 below which bubbles could not form. The size appears to be in the neighborhood of 30&micro / m for 675&deg / C and 6&micro / m for 725&deg / C and is temperature dependent. Equilibrium pore size appears to be a function of TiH2 particle size and not affected significantly by the temperature of foaming. It has also been shown that depth effect, i.e. hydrostatic pressure of liquid metal, is unimportant in foaming process and can be neglected. According to the model, to produce pores of fine sizes, two requirements must be met: use of fine foaming agent and the use of high foaming temperature. Al-5 wt % TiO2 was foamed at 750&deg / C and 800&deg / C, i.e. at temperatures that yield viscosities similar to pure aluminium. The structure of foamed metal and level of foaming, 120-160%, was similar to pure aluminium. Unlike pure aluminium, internal reactions are dominant feature of TiO2 stabilized systems. Solid content of the system increases as a result of internal reactions between Al-Ti and Al- TiO2. When this change occurs, however, is not known. It is possible that the viscosity of the system may be four times of its original value.

Da in der Natur die Festigkeit der Stoffe bzw. Werkstoffe mit deren Massendichte korreliert [1], bieten sich dem Werkstoffingenieur zwei Möglichkeiten das genannte Ziel zu erreichen: Entweder er reduziert die effektive Dichte bereits sehr fester Werkstoffe durch konstruktive bzw. geometrische Optimierungen, oder es gelingt sehr leichte Werkstoffe mit deutlich gesteigerter Festigkeit herzustellen. Die erstgenannte Verfahrensweise stellt zu großen Teilen ein konstruktives bzw. fertigungstechnisches Problem dar. Von werkstoffwissenschaftlichem Interesse ist deshalb nur die zweite Möglichkeit. Dabei sollen sämtliche derzeit bekannte festigkeitssteigernde Faktoren und möglicherweise auch deren Synergien genutzt werden um einen hochfesten Leichtbauwerkstoff herzustellen. Dazu muss gleichzeitig ein neuartiges Hochumformverfahren für Leichtmetallverbundwerkstoffe erarbeitet werden, das diesen Anforderungen entspricht und eine dafür geeignete Werkstoffkombination gefunden werden. Konventionelle Verfahren zur Hochumformung erlauben häufig nur unter erheblichem Mehraufwand die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen, weshalb die Hochumformung von Leichtmetallverbundwerkstoffen zur Festigkeitssteigerung in der Literatur praktisch keine Rolle spielt. Deshalb soll in dieser Arbeit das Umformverfahren Rundkneten zur Anwendung kommen, das die Hochumformung auch sehr heterogener Werkstoffe erlaubt. Darüber hinaus wird eine zusätzliche positive Wirkung auf die Festigkeit durch eingebaute Grenzflächen auf den Gesamtverbund erwartet. Wie sich im Laufe der Arbeit heraus stellte, eignet sich das verwendete Verfahren nicht ausschließlich zur Festigkeitssteigerung von Verbundwerkstoffen. Durch die sehr regelmäßige und fraktale Anordnung der Komponenten im Gesamtverbund ergaben sich auch einige Anknüpfungspunkte, die weit über die Eignung im Sinne eines Leichtbauwerkstoffes hinaus gehen. Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt der Arbeit zwar auf der mechanischen Charakterisierung der hergestellten Verbunde, in Kapitel 6 werden aber auch weitere Nutzungsmöglichkeiten diskutiert. Die gewählte Materialkombination Titan-Aluminium ist als Beispiel zu verstehen. Prinzipiell ist das vorgestellte Verfahren auf viele weitere Materialkombinationen anwendbar, solange grundlegende umformtechnische Regeln beachtet werden. [1] Ashby, M. F.: Materials Selection in Mechanical Design. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2006. 648 S.

in english For their positive influence on mechanical and physical properties of the material, methods of severe plastic deformation are popular for quite some time today. Rotary swaging is one of them. With its simplicity and productivity, it has the potential for industrial use. It is a radial swaging of rods or tubes, which results in decreasing of their diameter. Influence of this method is researched on extruded rods made of magnesium alloy AZ31. Experiments are made on five samples of different degree of swaging (different diameter). This allows to research gradual evolution of properties during the swaging. Results show significant positive influence on grain size (and microstructure in general) of originally extruded rod. During swaging there is an evolution of material texture and increase in strength.

Da in der Natur die Festigkeit der Stoffe bzw. Werkstoffe mit deren Massendichte korreliert [1], bieten sich dem Werkstoffingenieur zwei Möglichkeiten das genannte Ziel zu erreichen: Entweder er reduziert die effektive Dichte bereits sehr fester Werkstoffe durch konstruktive bzw. geometrische Optimierungen, oder es gelingt sehr leichte Werkstoffe mit deutlich gesteigerter Festigkeit herzustellen. Die erstgenannte Verfahrensweise stellt zu großen Teilen ein konstruktives bzw. fertigungstechnisches Problem dar. Von werkstoffwissenschaftlichem Interesse ist deshalb nur die zweite Möglichkeit. Dabei sollen sämtliche derzeit bekannte festigkeitssteigernde Faktoren und möglicherweise auch deren Synergien genutzt werden um einen hochfesten Leichtbauwerkstoff herzustellen. Dazu muss gleichzeitig ein neuartiges Hochumformverfahren für Leichtmetallverbundwerkstoffe erarbeitet werden, das diesen Anforderungen entspricht und eine dafür geeignete Werkstoffkombination gefunden werden. Konventionelle Verfahren zur Hochumformung erlauben häufig nur unter erheblichem Mehraufwand die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen, weshalb die Hochumformung von Leichtmetallverbundwerkstoffen zur Festigkeitssteigerung in der Literatur praktisch keine Rolle spielt. Deshalb soll in dieser Arbeit das Umformverfahren Rundkneten zur Anwendung kommen, das die Hochumformung auch sehr heterogener Werkstoffe erlaubt. Darüber hinaus wird eine zusätzliche positive Wirkung auf die Festigkeit durch eingebaute Grenzflächen auf den Gesamtverbund erwartet. Wie sich im Laufe der Arbeit heraus stellte, eignet sich das verwendete Verfahren nicht ausschließlich zur Festigkeitssteigerung von Verbundwerkstoffen. Durch die sehr regelmäßige und fraktale Anordnung der Komponenten im Gesamtverbund ergaben sich auch einige Anknüpfungspunkte, die weit über die Eignung im Sinne eines Leichtbauwerkstoffes hinaus gehen. Aus diesem Grund liegt der Schwerpunkt der Arbeit zwar auf der mechanischen Charakterisierung der hergestellten Verbunde, in Kapitel 6 werden aber auch weitere Nutzungsmöglichkeiten diskutiert. Die gewählte Materialkombination Titan-Aluminium ist als Beispiel zu verstehen. Prinzipiell ist das vorgestellte Verfahren auf viele weitere Materialkombinationen anwendbar, solange grundlegende umformtechnische Regeln beachtet werden. [1] Ashby, M. F.: Materials Selection in Mechanical Design. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag, 2006. 648 S.

Fortschrittliche ingenieurtechnische Anwendungen stellen hohe Ansprüche an neuartige Materialien sowohl hinsichtlich e.g. mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit und Duktilität als auch hinsichtlich einer möglichst vielfältigen Einsetzbarkeit (Maßschneiderung etc.). Zudem sind Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion bei gleichzeitig hoher Performance zu realisieren. Entsprechend existiert grundlagenseitig Forschungsbedarf zu innovativen Materialien (e.g. Kompositwerkstoffe) und ihren Prozessierungen. In der vorliegenden Dissertation werden submikro-/nanokristalline mehrphasige Gradientenmaterialien zum Einen mittels experimenteller Methoden wie der zweidimensionalen Röntgenmikrobeugung (in geeigneter Weiterentwicklung) sowie zum Anderen mittels analytischer und numerischer Modellrechnungen bezüglich spezieller Eigenschaften und deren Korrelation zum Herstellungsprozess (starke plastische Verformung durch akkumuliertes Rundkneten) untersucht. Insbesondere werden lokale Verteilungen kristallografischer Textur sowie mechanischer (Eigen-)Spannungen analysiert und in Hinblick auf materialrelevante Eigenschaften (e.g. mechanisch, mikrostrukturell) interpretiert und korreliert. Derartige Beziehungen sind hinsichtlich perspektivischer Applikationen, e.g. im Bereich hochfester Leichtbaulösungen, von technischer Relevanz.

Fortschrittliche ingenieurtechnische Anwendungen stellen hohe Ansprüche an neuartige Materialien sowohl hinsichtlich e.g. mechanischer Eigenschaften wie Festigkeit und Duktilität als auch hinsichtlich einer möglichst vielfältigen Einsetzbarkeit (Maßschneiderung etc.). Zudem sind Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion bei gleichzeitig hoher Performance zu realisieren. Entsprechend existiert grundlagenseitig Forschungsbedarf zu innovativen Materialien (e.g. Kompositwerkstoffe) und ihren Prozessierungen. In der vorliegenden Dissertation werden submikro-/nanokristalline mehrphasige Gradientenmaterialien zum Einen mittels experimenteller Methoden wie der zweidimensionalen Röntgenmikrobeugung (in geeigneter Weiterentwicklung) sowie zum Anderen mittels analytischer und numerischer Modellrechnungen bezüglich spezieller Eigenschaften und deren Korrelation zum Herstellungsprozess (starke plastische Verformung durch akkumuliertes Rundkneten) untersucht. Insbesondere werden lokale Verteilungen kristallografischer Textur sowie mechanischer (Eigen-)Spannungen analysiert und in Hinblick auf materialrelevante Eigenschaften (e.g. mechanisch, mikrostrukturell) interpretiert und korreliert. Derartige Beziehungen sind hinsichtlich perspektivischer Applikationen, e.g. im Bereich hochfester Leichtbaulösungen, von technischer Relevanz.