Identification and Analysis of Intermetallic Phases in Age-Hardened Recycled AlSi9Cu3 Cast Alloy

• Autorzy: Hurtalová L. , Tillová E. , Chalupová M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/v10180-012-0020-3

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja i analiza faz międzymetalicznych w utwardzanych przez starzenie stopach odlewniczych AlSi9Cu3 z recyklingu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Purpose: The influence of age-hardening solution treatment at temperature 515 degrees centigrade with holding time 4 hours, water quenching at 40 degrees centigrade and artificial aging by different temperature 130, 150, 170 and 210 degrees centigrade with different holding time 2, 4, 8, 16 and 32 hours on changes in morphology of Fe-rich Al₁₅(FeMn)₃Si₂ and Cu-rich (Al₂Cu, Al-Al₂Cu-Si) intermetallic phases in recycled AlSi9Cu3 cast alloy. Material/Methods: Recycled (secondary) AlSi9Cu3 cast alloy is used especially in automotive industry (dynamic exposed cast, engine parts, cylinder heads, pistons and so on). Microstructure was observed using a combination of different analytical techniques (scanning electron microscopy upon standard and deep etching and energy dispersive X-ray analysis – EDX) which have been used for the identification of the various phases. Quantitative study of changes in morphology of phases was carried out using Image Analyzer software NIS-Elements. The mechanical properties (Brinell hardness and tensile strength) were measured in line with STN EN ISO. Results/Conclusion: Age-hardening led to changes in microstructure include the spheroidization of eutectic silicon, gradual disintegration, shortening and thinning of Fe-rich intermetallic phases and Al-Al₂Cu-Si phases were fragmented, dissolved and redistributed within alpha-matrix. These changes led to increase in the hardness and tensile strength in the alloy.

PL

Cel: Badanie wpływu utwardzania przez starzenie przesycanie w temperaturze 515 stopni Celsjusza z czasem przetrzymywania 4 godz., hartowanie wodne w 40 stopniach Celsjusza, starzenie przyspieszone w różnych temperaturach: 130, 150, 170 i 210 stopni Celsjusza, przy czasach przetrzymywania: 2, 4, 8, 16 i 32 godziny na zmiany w morfologii stopów odlewniczych AlSi9Cu3 z recyklingu wzbogaconych żelazem (Al₁₅(FeMn)₃Si₂) lub miedzią (Al₂Cu, Al-Al₂Cu-Si). Materiał i metody: Pochodzący z recyklingu (wtórny) stop odlewniczy aluminium AlSi9Cu3 jest powszechnie używany, zwłaszcza w przemyśle motoryzacyjnym (dynamiczne, odkryte odlewy, części silnika, głowice cylindrów, tłoki itp.). Mikrostrukturę odlewów badano stosując kombinację różnych technik analitycznych (elektronowa mikroskopia skaningowa w połączeniu z analizą rentgenowską z dyspersją energii (EDX), standardową i z głebokim wytrawianiem), co pozwoliło identyfikować różne fazy międzymetaliczne. Ocena ilościowa zmian w morfologii tych faz została przeprowadzona przy wykorzystaniu oprogramowania analizatora obrazów (Image Analyzer NIS-Elements). Właściwości mechaniczne (twardość w skali Brinella i wytrzymałość na rozciaganie) były mierzone zgodnie z normą STN EN ISO. Wyniki i wnioski: Utwardzanie przez starzenie prowadzi do zmian w mikrostrukturze, które polegają na sferoidyzacji krzemu eutektycznego, stopniowej dezintegracji, skracaniu i ścienianiu faz międzymetalicznych wzbogaconych żelazem. Fazy Al-Al₂Cu-Si podlegały fragmentacji, zostały rozpuszczone i redystrybuowane w osnowie stopu. Zmiany te prowadzą do wzrostu twardości stopu i jego wytrzymałości na rozciąganie.

Słowa kluczowe

EN

Al-Si-Cu; cast alloy; age hardening; Fe-rich intermetallic phase; Cu-rich intermetallic phase; mechanical properties

PL

Al-Si-Cu; stop odlewniczy; utwardzanie przez starzenie; faza międzymetaliczna wzbogacana żelazem; faza międzymetaliczna wzbogacana miedzią; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. LIX, nr 4
• Strony: 385--396
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Hurtalová L.

• Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Žilina, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovak Republic

autor

Tillová E.

• Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Žilina, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovak Republic

autor

Chalupová M.

• Department of Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Žilina, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, Slovak Republic

Bibliografia

• [1] Murizam D., Shamsul J.B.: Effect of solution treatment temperature on recycled aluminium alloy 319. Proc. ICoSM- 1st International Conference on Sustainable Materials, 2007, pp. 226-228.
• [2] Dobrzański L.A., Maniara R., Sokolowski J.H.: Microstructure and mechanical properties of AC AlSi9CuX alloys. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering – JAMME, 2007, Vol. 24, No. 2, pp. 51-54.
• [3] Boileau M.J., Allison J.E.: The effect of solidification time and heat treatment on the fatigue properties of a cast 319 aluminium alloy. Metallurgical and Materials Transactions A, 2003, Vol. 34A, pp. 1807-1820.
• [4] Senčaková L., Virčiková E.: Life cycle assessment of primary aluminium production. Acta Metallurgica Slovaca, 2007, Vol. 13, No. 3, pp. 412-419.
• [5] Das K.S.: Designing Aluminum Alloys for a Recycle-Friendly World. Materials Science Forum, 2006, Vol. 519-521, pp. 1239-1244.
• [6] Seifeddine S., Johansson S., Svensson I.: The influence of cooling rate and manganese confer on the beta-Al5FeSi phase formation and mechanical properties of Al-Si-based alloys. Materials Science and Engineering A, 2008, Vol. 490, pp. 385-390.
• [7] Tillová E., Chalupová M., Hurtalová L.: Evolution of the Fe-rich phases in recycled AlSi9Cu3 cast alloy during solution treatment. Communications – Scientific letters of the University of Žilina, 2010, Vol. 12, No. 4, pp. 95-101.
• [8] Cáceres C.H., Djurdjevič M.B., Stockwell T.J., Sokolowski J.: Strength-Ductility Behaviour of Al-Si-Cu-Mg Casting Alloys in T6 Temper. Scripta Materialia, 1999, Vol. 40, No. 5, pp. 631-637.
• [9] Hurtalová L., Tillová, E., Chalupová M.: Optical and electron microscopy study of the mechanical properties improvement on recycled AlSi9Cu3 cast alloy along the hardening. International virtual journal for science, technics and innovations for the industry, MTM, Vol. 7, 2011, pp. 48-51.
• [10] Hurtalová L., Tillová, E., Chalupová M.: Cu-rich intermetallic phases in recycled AlSi9Cu3 cast alloy – a comparison between aging behavior in T4 and T6 treatments. Perners contacts – Electronical technical journal of technology, engineering and logistic in transport, Vol.VI, No. 2, 2011, pp. 72-80.
• [11] Tavitas-Medrano J.F., Mohamed A.M., Gruzleski E.J., Samuel H.F., Doty W.H.: Precipitation-hardening in cast Al-Si-Cu-Mg alloys. Journals of Materials Science, 2009, Vol. 45, No. 3, pp. 641-651.
• [12] Abdulwahab M.: Studies of the Mechanical Properties of Age-hardened Al-Si-Fe-Mn Alloy. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2008, Vol. 2, No. 4, pp. 839-843.
• [13] Lu L., Dahle A.K.: Iron-Rich Intermetallic Phases and Their Role in Casting Defect Formation in Hypoeutectic Al-Si Alloys. Metallurgical and Materials Transactions A, 2005, Vol. 36A, pp. 819-835.
• [14] Kral M.V.: A crystallographic identification of intermetallic phases in Al-Si alloys. Materials Letters, 2005, Vol. 59, Issue 18, pp. 2271-2276.
• [15] Yi J.Z., Gao X.Y., Lee P.D., Lindley T.C.: Effect of Fe-content on fatigue crack initiation and propagation in a cast aluminium – silicon alloy (A356-T6), Materials Science and Engineering, 2004, Vol. A 386, pp. 396-407.
• [16] Skočovský P., Vaško A.: Quantitative Evaluation of Structure in Cast Iron. EDIS, Žilina, 2007.
• [17] Dobrzański L.A., Borek W., Maniara R.: Influence of the crystallization condition on Al-Si-Cu casting alloys structure. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering – JAMME, 2006, Vol. 18, No. 1-2, pp. 211-214.