Microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys used in heavy duty aircraft engine parts

• Autorzy: Mrówka-Nowotnik G. , Sieniawski J. , Wierzbińska M. , Nowotnik A.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amst-2014-0020

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne odlewniczych bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni stosowanych na silnie obciążone elementy silników lotniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main task of this work was to study the microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys. The microstructure of tested samples was evaluated in terms of fracture mechanism using an optical microscope - Nikon 300, scanning electron microscope HITACHI S-3400 (SEM) in a conventional back-scattered electron mode and JEOL - JEM 2100 ARP TEM/STEM electron microscope. The mechanical (Rm and R0.2) and plastic (A,Z) properties of the examined alloy were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. The results shows that the casting method and the applied thermal processing did not have a significant influence on the primary (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 and AlCuMn) intermetallic phase composition and microstructure phase component morphology. However, during prolonged heating growth and change in the shape of separations of the θ'-Al2Cu reinforcing phase occurs proportionally to temperature and heating time. Sand casts show higher mechanical properties: Rm R0.2. The stability of the mechanical properties of the investigated alloys in higher temperatures is the consequence of the increased Cu content.

PL

Celem pracy była analiza mikrostruktury i właściwości mechanicznych odlewniczych, bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni. Obserwacje mikrostruktury prowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego -Nikon 300, elektronowego mikroskopu skaningowego HITACHI S-3400 z systemem EDS do mikroanalizy rentgenowskiej i elektronowego mikroskopu transmisyjnego JEOL - JEM 2100 ARP z systemem STEM/EDS. Właściwości wytrzymałościowe (Rm, R02) i plastyczne (A,Z) badanych stopów wyznaczono w próbie statycznej rozciągania w temperaturze pokojowej. Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła stwierdzić, że sposób odlewania oraz obróbka cieplna nie mają istotnego wpływu na skład fazowy oraz morfologię pierwotnych cząstek faz międzymetalicznych (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 i AlCuMn. Długotrwałe wygrzewanie, w podwyższonej temperaturze powoduje jednak znaczny wzrost cząstek umacniającej fazy θ'-Al2Cu. Ustalono, że lepsze właściwości mechaniczne: Rm i R02 wykazują stopy odlane do form piaskowych. Stabilność właściwości mechanicznych badanych stopów w podwyższonej temperaturze jest spowodowana większą zawartością Cu.

Słowa kluczowe

EN

aluminium alloy; microstructure; heat treatment; mechanical properties

PL

stop aluminium; mikrostruktura; obróbka cieplna; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN ; De Gruyter
• Czasopismo: Advances in Manufacturing Science and Technology
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 38, nr 3
• Strony: 77--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Mrówka-Nowotnik G.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Science, 2 W. Pola St., 35-959 Rzeszów, Phone (+48, 0-17) 865 36 46, Fax (+48, 0-17) 854 48 32

autor

Sieniawski J.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Science, 2 W. Pola St., 35-959 Rzeszów, Phone (+48, 0-17) 865 36 46, Fax (+48, 0-17) 854 48 32

autor

Wierzbińska M.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Science, 2 W. Pola St., 35-959 Rzeszów, Phone (+48, 0-17) 865 36 46, Fax (+48, 0-17) 854 48 32

autor

Nowotnik A.

• Rzeszow University of Technology, Department of Materials Science, 2 W. Pola St., 35-959 Rzeszów, Phone (+48, 0-17) 865 36 46, Fax (+48, 0-17) 854 48 32

Bibliografia

• [1] Aluminium Handbook. vol.1: Fundamentals and Materials. Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH, Düsseldorf 1999.
• [2] J.W. MARTIN: Precipitation Hardening. Oxford, Pergamon Press 1968.
• [3] I.J. POLMEAR: Light alloys. Metallurgy of the light metals. Arnold, London-New York-Sydney-Auckland 1995.
• [4] F. KING: Aluminium and its alloys. John Willey & Sons, New York-Chichester-Brisbane-Toronto, 1987.
• [5] C. RAVI, C. WOLVERTON: First-principles study of crystal structure and stability of Al-Mg-Si-(Cu) precipitates. Acta Mater, 52 (2004) 4213-4227.
• [6] G. MRÓWKA - NOWOTNIK: Intermetallic phase particles in cast AlSi5Cu1Mg and AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloys. Arch. of Mater Sci. Eng., 38, 2 (2009) 69-77.
• [7] G. MRÓWKA - NOWOTNIK: Analysis of intermetallic phase particles in cast AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloy in T6 condition. Proc. Inter. Conf.: Mashinostroenie i tekhnosfera XXI veka, Donieck 2009, 177-181.
• [8] G. MRÓWKA - NOWOTNIK, J. SIENIAWSKI: The chemical phenol extraction of intermetallic particles from casting AlSi5Cu1Mg alloy. J. Microscop, 237(2010) 407-410.
• [9] Z. LI, A.M. SAMUEL, C. RAYINDRAN, S. VALTIERRA, H.W. DOTY: Parameters controlling the performance of AA319-type alloys: Part II. Impact properties and fractography. Mater. Sci. Eng., A367 (2004) 111-122.
• [10] L.F. MONDOLFO, Aluminium Alloys: Structure and Properties. Butterworths London-Boston 1976.
• [11] M. WIERZBIŃSKA, J. SIENIAWSKI: Effect of morphology of eutectic silicon crystals on mechanical properties and cleavage fracture toughness of AlSi5Cu1 alloy. J. Ach. Mater Manuf. Eng, 14 (2006) 217-220.
• [12] F.O. TRAEKNER: Factors Affecting the physical characteristics of aluminium magnesium silicon alloy extrusions. Proc. Inter. Conf. Atlanta 1977, 339-347.
• [13] L. BÄCKERUD, G. CHAI: Solidification characteristics of aluminum alloys 3. American Foundry Society, Des Plaines, Illinois 1992.
• [14] N.A. BELOV, A.A. AKSENOV, D.G ESKIN: Iron in aluminium alloys. Taylor & Francis Inc, New York 2002.
• [15] PN-EN 10002-1+AC1. Metals. Standard method of tensile test at room temperature.

Uwagi

EN

This work was carried out with the financial support of the Ministry of Science and Higher Education under grant No. 507247940