Effect of additional alloying and heat treatment on phase composition and morphology in Al-Mg-Si-type casting alloy

• Autorzy: Boyko V. , Czekaj E. , Warmuzek M. , Mykhalenkov K.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mafe.2017.43.3.219

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatków stopowych i obróbki cieplnej na skład fazowy i morfologię stopu odlewniczego typu Al-Mg-Si

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The structure of permanent mold and high pressure die castings of the AlMg5Si2Mn alloy after alloying with Li and Sc has been investigated by scanning and transmission electron microscopy, hardness and microhardness measurements, energy dispersive X-ray analysis. Three conditions, as cast, solution treated and aged, were investigated. It was shown that in as-cast state, the structure of an alloy having the nominal composition AlMg5Si2Mn consists of four phases: first – the Al based solid solution, second – the (Al) + (Mg2Si) eutectic, third – the primary Mg2Si crystals and fourth – the α-Al(Mn, Fe)Si phase. Similar phases were observed in the alloys containing Sc or Li. After two days of storing in an as-cast condition, the solid solution in all tested alloys decomposes and forms zebra-crossing shaped precipitates. TEM examinations revealed that these precipitates nucleate heterogeneously on dislocations. The solution treatment at 575.0°C results in spheroidization of the Mg2Si lamellas, dissolution of the precipitates and formation of α-Al(Mn, Fe)Si dispersoids, nucleating on the surfaces of Mg2Si lamellas. In the Sc containing alloys, the formation of Al3Sc was detected after 120 min soaking. Further heating resulted in the growth of these precipitates. Aging of the Al-Mg-Si alloys leads to an increase of hardness in all studied alloys. This effect is mainly related to precipitation strengthening, via solid solution decomposition and formation of β’’-phase. In Li-alloyed specimens, plates of β Mg2Si phase were observed together with small cubic-shaped δ’ Al3Li precipitates.

PL

Strukturę odlewów wykonywanych w formach stałych i odlewów wysokociśnieniowych ze stopu AlMg5Si2Mn po stopowaniu Li i Sc badano za pomocą skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej, a także wykonując pomiary twardości i mikrotwardości oraz prowadząc analizę rentgenowską z dyspersją energii. Badano trzy warianty: stan po odlaniu, odlew przesycony i starzony. Wykazano, że w stanie po odlaniu struktura stopu o nominalnym składzie AlMg5Si2Mn składa się z czterech faz: pierwsza – roztwór stały na bazie Al, druga – (Al) + (Mg2Si) eutektyczna, trzecia – pierwotne kryształy Mg2Si i czwarta – α-Al(Mn, Fe)Si. Podobne fazy zaobserwowano w stopach zawierających Sc lub Li. Po dwóch dniach przechowywania w stanie po odlaniu roztwór stały we wszystkich testowanych stopach rozkłada się i tworzy wydzielenia w kształcie przejściowym. Badania TEM ujawniły, że wytrącają one heterogenicznie jądro podczas dyslokacji. Obróbka roztworu przy 575,0°C powoduje sferoidyzację płytek Mg2Si, rozkład wydzieleń i tworzenie dyspersoidów oraz zarodkowanie na powierzchniach płytek Mg2Si. W stopie zawierającym Sc fazę Al3Sc wykryto po 120 min wygrzewania. Dalsze ogrzewanie spowodowało wzrost tych wydzieleń. Starzenie stopów Al-Mg-Si prowadzi do wzrostu twardości wszystkich badanych stopów. Efekt ten jest głównie związany z utwardzaniem wydzieleniowym na skutek rozkładu w stanie stałym i tworzenia fazy β’’. W próbkach ze stopu z litem obserwowano płytki fazy β-Mg2Si wraz z małymi sześciennymi wydzieleniami δ’-Al3Li.

Słowa kluczowe

EN

Al-Mg-Si casting alloy; casting; alloying; heat treatment; aging; precipitation

PL

stop odlewniczy Al-Mg-Si; odlewanie; stopowanie; obróbka cieplna; starzenie; wydzielenie

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 43, no. 3
• Strony: 219--239
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Boyko V.

• National Technical University of Ukraine, Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kiev, Ukraine

autor

Czekaj E.

• Foundry Research Institute, Krakow, Poland

autor

Warmuzek M.

• Foundry Research Institute, Krakow, Poland

autor

Mykhalenkov K.

• National Technical University of Ukraine, Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kiev, Ukraine

Bibliografia

• [1] Ritter F.: Korrosionstabellen metallischer Werkstoffe geordnet nach angreifenden Stollen. Springer-Verlag Wien GmbH, 1937
• [2] D‘Ans J., Lax E.: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH, 1949
• [3] Pirs J., Zalar A.: Investigations of the distribution of elements in phases present in G-AlMg5Si cast alloy with EDX/WDX spectrometers and AES. Microchimica Acta, 101, 1–6 (1990), 295–304
• [4] Pirs J.: Distribution of elements in phases present in G-AlMg5Si cast alloy. Aluminium, 69, 5 (1993), 462–465
• [5] Aluminium Rheinfelden GmbH brochure, DG-Handbuch 07 (Primary Alloys for Die Casting)
• [6] Hielscher U., Sternau H., Koch H., Franke A.J.: Magsimal-59, an AlMgSiMn-type squeeze-casting alloy designed for temper F. Aluminium Rheinfelden GmbH, Rheinfelden, Germany
• [7] Jorstad J.L.: Excellent die casting alloy system made better rheocasting. Die Casting Engineer, September 2008, 18–20
• [8] Hydro Aluminium Metal Products. TechInfo-Foundry Alloys. New Alloys for High Pressure Die Casting AlMgSiMn
• [9] Progress in Aluminium, SAG Aluminium Lend GmbH & Co KG brochure, 2005
• [10] Casting alloys MAXXALLOY® - ULTRA© GBD-AlMg5Si2MnCr - REAluminium Lend GmbH & Co KG
• [11] Otarwanna S., Gourlay C.M., Laukli H.I., Dahle A.K.: Microstructure Formation in AlSi4MgMn and AlMg5Si2Mn High-Pressure Die Castings. Metallurgical and Materials Transactions A, 40 (2009), 1645–1659
• [12] Di Sabatino M., Arnberg L., Brusethaug S., Apelian D.: Fluidity evaluation methods for Al-Mg-Si alloys. International Journal of Cast Metals Research, 19, 2 (2006), 94–97
• [13] Ji S., Watson D., Fan Z., White M.: Development of a Super Ductile Diecast Al-Mg-Si Alloy. Materials Science & Engineering A, 556 (2012), 824–833
• [14] Hu Z., Wan L., Lu S., Zhu P., Wu S.: Research on the microstructure, fatigue and corrosion behavior of permanent mold and die cast aluminum alloy. Materials and Design, 55 (2014), 353–360
• [15] Petkov T., Künster D., Pabel T., Faerber K., Kneiβl C., Schumacher P.: Optimierung der Wärmebenhandlung einer AlMgSi-Gusslegierung. Druckguss, 6 (2012), 268–274
• [16] Petkov T., Kunstner D., Pabel T., Faerber K., Kneissl C., Schumacher P.: Erweiterung des Eigenschaftspotentials der Legierung AlMg5Si2Mn durch eine gezielte Wärmebehandlung Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, X (2013), 1–9, Jvn. Jg. (2013), Heft X© Springer-Verlag Wien, 1–9
• [17] Ji L., Watson D., Fan Z., White M.: Development of a super ductile die cast Al-Mg-Si alloy. Material Science and Engineering A, 556 (2012), 824–833
• [18] Eigenfeld K., Franke A., Klan S., Koch H., Lenzcowski B., Pflege B.: New developments in heat resistant aluminum casting materials. Casting Plant and Technology International, 4 (2004), 4–9
• [19] Fridlyander J.N., Bratukhin A.G., Davydov V.G.: Soviet Al-Li Alloys of Aerospace Application, Aluminum-lithium. In: Proceedings of the Sixth International Aluminum-Lithium Conference in Garmisch-Partenkirchen, Peters M. and Winkler P.-J. eds., Germany, Vol. 1, 1991, 35–42.
• [20] Sauermann R., Friedrich B., Grimmig T., Buenck M., Buhrig-Polaczek A.: Development of Aluminium-Lithium alloys processed by the Rheo Container Process. Solid State Phenomena, 116–117 (2006), 513–517
• [21] Barabash O.M., Sulgenko O.V., Legkaya T.N., Korzhova N.P.: Experimental Analysis and Thermodynamic Calculation of the Structural Regularities in the Fusion Diagram of the System of Alloys Al-Mg-Si. Journal of Phase Equilibria, 22, 1 (2001), 5–11
• [22] Barabash O.M., Sulzhenko O.V., Legkaya T.N., Korzhova N.P.: Thermodynamic calculation and experimental analysis of the phase diagram of Al-Mg-Si system. Functional Materials, 8, 1 (2001), 154–158
• [23] Boyko V., Link T., Korzhova N., Mykhalenkov K.: Microstructure characterization of AlMg5Si2Mn casting alloy. In: Materials Science and Technology (MS&T) 2013, October 27–31, Montreal, Quebec, Canada, 2013, 1331–1338
• [24] Chen R., Huang Z., Chen C.Q., Shen J.Y., Zhang Y.G.: Thermodynamic calculated and TEM observed microstructure of Al-Li-Mg-Si alloys. Materials Science and Engineering A, 280 (2000), 146–150
• [25] Murken J., Höhner R., Skrotzki B.: Strain path dependence of the precipitate size evolution of an Al-Mg-Li alloy under combined thermal and mechanical loading. Materials Science and Engineering A, 363 (2003), 159–170

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).