Effect of magnesium addition and rapid solidification procedure on structure and mechanical properties of Al-Co alloy

• Autorzy: Zygmunt-Kiper M. , Błaż L , Sugamata M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku magnezu i procesu szybkiej krystalizacji na struktur i własności mechaniczne stopu Al-Co

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Tested Al-5Co and Al-5Mg-5Co materials were manufactured using a common ingot metallurgy (IM) and rapid solidification (RS) methods combined with mechanical consolidation of RS-powders and hot extrusion procedures. Mechanical properties of as-extruded IM and RS alloys were tested by compression at temperature range 293-773 K. Received true stress vs. true strain curves were typical for aluminum alloys that undergo dynamic recovery at high deformation temperature. It was found that the maximum flow stress value for Al-5Mg-5Co alloy was much higher than that for Al-5Co, both for IM and RS materials tested at low and intermediate deformation temperatures. The last effect results from the solid solution strengthening due to magnesium addition. However, the addition of 5% Mg results also in the reduction of melting temperature. Therefore, the flow stress for Al-5Mg-5Co alloy was relatively low at high deformation temperatures. Light microscopy observations revealed highly refined structure of RS materials. Analytical transmission electron microscopy analyses confirmed Al9Co2 particles development for all tested samples. Fine acicular particles in RS materials, ∽1μm in size, were found to grow during annealing at 823K for 168h. As result, the hardness of RS materials was reduced. It was found that severe plastic deformation due to extrusion and additional compression did not result in the fracture of fine particles in RS materials. On the other hand, large particles observed in IM materials (20μm) were not practically coarsened during annealing and related hardness of annealed samples remained practically unchanged. However, processing of IM materials was found to promote the fracture of coarse particles that is not acceptable at industrial processing technologies.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań stopów Al-5Co i Al-5Co-5Mg, które zostały przygotowane metodą metalurgii konwencjonalnej (IM), oraz metodą szybkiej krystalizacji (RS) połączonej z mechaniczną konsolidacją szybko-krystalizowanych proszków i wyciskaniem na gorąco. Ocenę własności mechanicznych wyciskanych stopów IM oraz RS wykonano za pomocą prób ściskania w zakresie temperatury 293-773K. Przebieg krzywych σt -εt dla badanych materiałów jest typowy dla stopów aluminium ulegającym zdrowieniu dynamicznemu. Naprężenie maksymalne stopów Al-5Mg-5Co jest znacznie wyższe niż w stopach Al-5Co zarówno wykonanych metodą IM jak i RS. Wraz ze wzrostem temperatury ściskania maleje wpływ umocnienia roztworowego magnezu na własności badanych stopów. Podczas odkształcania w 623K-773K naprężenie uplastyczniające dla stopu Al-5Co jest większe niż dla Al-5Co-5Mg. Wskazano, że przyczyną może być obniżanie się temperatury topnienia pod wpływem dodatku magnezu (zwiększenie temperatury homologicznej w próbach odkształcania). Obserwacje strukturalne materiałów po szybkiej krystalizacji wykonane z użyciem mikroskopii optycznej wykazały występowanie drobnoziarnistej struktury. Badania wykonane z użyciem transmisyjnej mikroskopii elektronowej potwierdziły występowanie we wszystkich badanych próbkach wydzieleń typu Al9Co2. Drobne wydzielenia w stopach RS o początkowej wielkości poniżej 1μm ulegają rozrostowi w czasie wyżarzania przez 168h w 823K, co powoduje zmniejszenie twardości szybko-krystalizowanych materiałów. Korzystna cecha tych materiałów jest m.in. ich zwiększona podatność na odkształcenie, która przejawia się brakiem pękania wydzieleń wskutek dużych odkształceń plastycznych wskutek wyciskania i późniejszego ściskania próbek. W materiałach IM, w których wielkość cząstek przekraczała 20μm, podczas wyżarzania nie obserwowano zauważalnego efektu rozrostu wydzieleń, co się wiąże z brakiem istotnych zmian twardości stopu podczas wyżarzania. Jednakże występowanie tak dużych cząstek po procesie IM jest nie do zaakceptowania w przemysłowych procesach przetwórstwa metali ze względu na pękanie wydzieleń podczas przeróbki, co na ogół prowadzi do makroskopowego pękania wyrobów.

Słowa kluczowe

EN

rapid solidification; high temperature deformation; Al-Co aluminum alloys

PL

szybka krystalizacja; wysoka temperatura odkształcenia; stopy aluminium Al-Co

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 58, iss. 2
• Strony: 399--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Zygmunt-Kiper M.

• AGH University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Poland

autor

Błaż L

• AGH University of Science and Technology, 30-059 Kraków, Poland

autor

Sugamata M.

• NIHON University, Tokyo, Japan

Bibliografia

• [1] J. Kaneko, M. Sugamata, L. Blaz, R. Kamei, Key Eng. Mater. 188, 73-82 (2000).
• [2] L. Blaz, J. Kaneko, M. Sugamata, Z. Sierpinski, M. Tumidajewicz, Mater. Sci. and Technol. 20, 1639-1644 (2004).
• [3] A. Kula, L. Blaz, J. Kaneko, M. Sugamata, J. Microsc. 237, 421-426 (2010).
• [4] L. Blaz, J. Kaneko, M. Sugamata, Z. Sierpinski, M. Tumidajewicz, Mater. Sci. Technol. 21, 715-721 (2005).
• [5] P. Lobry, L. Blaz, M. Sugamata, A. Kula, Arch. Mater. Eng. 49, 97-102 (2011).
• [6] M. Gogebakan, O. Uzub, T. Karaaslan, M. Keskin, J. Mater. Process. Technol. 142, 87-92 (2003).
• [7] T. Tokarski, Ł. Wzorek, H. Dybiec, Archives of Metallurgy and Materials 57, 1253-1259 (2012).
• [8] D. Shetchman, I. Blach, D. Gratias, J.W. Cahn, Phys. Rev. Lett. 53, 1951-1954 (1984).
• [9] B. Grushko, T. Ya. Velikanova, Powder Metall. Met. Ceram. 43, 72-86 (2004).
• [10] L. Blaz, M. Sugamata, A. Kula, G. Wloch, J. Sobota, J. Alloys Compd 520, 105-113 (2012).
• [11] L. Blaz, M. Sugamata, J. Kaneko, J. Sobota, G. Wloch, W. Bochniak, A. Kula, J. Mater. Process. Technol. 209, 4329-4336 (2009).
• [12] K. Govind, N. Suseelan, M. Mittal, K. Lal, R. Mahanti, C. Sivaramakrishnan, Mater. Sci. Eng. A304-306, 520-523 (2001).
• [13] A. Inoue, Acta mater. 48, 279-306 (2000).
• [14] T. Rajasekharan, J. A. Sekhar, Scripta Metall. 20, 235-238 (1986).
• [15] H. Lianxi, L. Zuyn, W. Erde, Mater. Sci. Eng. A323, 213-217 (2002).
• [16] F. Mear, D. V. Louzguine-Luzgin, A. Inoue, J. Alloys Compd 496, 149-154 (2010).
• [17] R. Trivedi, F. Jin, I. E. Anderson, Acta Mater. 51, 289-300 (2003).
• [18] S. G. Lim, Y. S. Jung, S. S. Kim, Scripta Mater. 43, 1077-1081 (2000).
• [19] H. Mc Queen, S. Spigarelli, M. E. Kassner, E. Evangelista, Hot deformation and processing of aluminum alloys, CRC Press, Taylor & Francis Group, LLC, New York.
• [20] D. J. Fisher, Edit. Deffect and Diffusion Forum - Diffusion in Non-Ferrous Alloys, Trans Tech Publications 254-257, (2006).