Microstructure and properties of AlMnFeCu and AlMnFeSi melt spun ribbons strengthened with quasicrystalline particles

• Autorzy: Stan K. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Dutkiewicz J. , Góral A. , Wierzbicka-Miernik A. , Wojewoda-Budka J.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i własności szybkochłodzonych taśm AlMnFeCu i AlMnFeSi umacnianych cząstkami kwazikrystalicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was to investigate effect of alloying elements, silicon and copper, on structure and properties of aluminium alloys strengthened with quasicrystalline particles. Melts spun ribbons based on aluminium, manganese and iron with addition of copper and silicon were prepared by melt spinning method with linear velocity 30 m/s of copper wheel. Both structure and properties of obtained alloys were studied, including microhardness and thermal stability. The latter is especially important since quasicrystals formed during rapid solidification are metastable and undergo transformation to crystalline phases after annealing at higher temperature range causing deterioration of alloy mechanical properties. Results were compared with values obtained for ternary alloy. The microstructures obtained for both type of ribbons were inhomogeneous on their crosssection and varied depending on cooling rates within different zones of fonned ribbons. At the wheel side most frequently fine structure was observed. The studied ribbons contained mainly two phases - quasicrys- talline particles and aluminium solid solution as matrix. Quasicrystals present in both obtained ribbons had various shapes from spherical particles, through dendrites to lamellar eutectic of different size. Results of chemical analysis ofphases present in the samples indicated that introduced alloying elements were distributed in quasicrystalline phase, as well as, in the matrix. It was concluded that these additions, Si and Cu, do not show any improvement in thermal stability of investigated melt spun ribbons or microhardness values which were lower than values obtained for ternary composition. This decrease can be connected with presence of intermetallic phases which were identified in both alloys using XRD and TEM. However, presence of additions in alloys matrix can be beneficial during thermal treatment leading to the precipitation hardening.

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu dodatków stopowych, krzemu i miedzi, na strukturę i własności stopów aluminium umacnianych cząstkami kwazikrystalicznymi. Szybkochłodzone taśmy na bazie aluminium, manganu i żelaza z dodatkiem miedzi i krzemu wytworzono za pomocą metody odlewania z fazy ciekłej na wirujący walec przy szybkości liniowej obracającego się walca 30 m/s. Zbadano strukturę i własności otrzymanych taśm, W tym mikrotwardość oraz stabilność termiczną i porównano ze stopem trójskładnikowym. Stabilność powstałych faz jest szczególnie ważna ze względu na to, że kwazikryształy otrzymane za pomocą szybkiego krzepnięcia są strukturami metastabilnymi i ulegają przemianie w fazy krystaliczne podczas wygrzewania w podwyższonej temperaturze, powodując tym samym pogorszenie własności mechanicznych stopu. Mikrostruktura obu taśm była niejednorodna na przekroju i zależała od stopnia przechłodzenia w danej strefie. Od strony walca zwykle obserwowano strukturę rozdrobnioną. Badane taśmy zawierały głównie dwie fazy - kwazikryształy oraz roztwór stały aluminium. Kwazikryształy obecne w wytworzonych taśmach w obu przypadkach występowały zarówno w postaci kulistych cząstek i dendrytów, jak również eutektyki płytkowej o różnej wielkości. Wyniki analizy składu chemicznego faz obecnych w taśmach wykazały, że wprowadzone dodatki są rozłożone zarówno w fazie kwazikrystalicznej, jak i w osnowie. Stwierdzono, że zastosowane dodatki (Si oraz Cu) nie wpłynęły korzystnie na stabilność terrniczną stopów ani na otrzymane wartości mikrotwardości, które były mniejsze od otrzymanych dla stopu trójskładnikowego. Za spadek mikrotwardości może odpowiadać pojawienie się dodatkowych faz międzymetalicznych, których obecność potwierdzono za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Obecność zastosowanych dodatków w osnowie może mieć jednak znaczenie podczas obróbki cieplnej stopów i prowadzić do ich umocnienia przez dodatkowe wydzielenia.

Słowa kluczowe

EN

quasicrystals; aluminium alloys; rapid solidification

PL

kwazikryształy; stopy aluminium; szybka krystalizacja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 378--381
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stan K.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Dutkiewicz J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Góral A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Wierzbicka-Miernik A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Wojewoda-Budka J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków

Bibliografia

• [1] Inoue A., Kimura H., Yamamura S.: Production and mechanical properties of aluminum alloys with dispersed nanoscale quasicrystalline and amorphous particles. Met. Mater. Int. 9 (2003) 527÷536.
• [2] Inoue A., Watanabe M., Kimura M. H., Takahashi F., Nagata A., Masumoto T.: High Mechanical Strength of quasicrystalline phase surrounded by fcc-al phase in rapidly solidified Al-Mn-Ce alloys. Mater. Trans. JIM. 33 (1992) 723÷729.
• [3] Knipling K. E., Dunand D. C., Seidman D. N.: Criteria for developing castable, creep-resistant aluminium-based alloys A review. Z. Metallkd. 96 (2006) 246÷265.
• [4] Inoue A., Kimura H.: High-strength aluminum alloys containing nanoquasicrystalline Particles. Mat. Sci. and Eng. A 286 (2000) 1÷10.
• [5] Galano M., Audebert F., Stone I.C., Cantor B.: Nanoquasicrystalline Al-Fe-Cr-based alloys. Part I: Phase transformations. Acta Mater. 57 (2009) 5107÷5119.
• [6] Inoue A., Kimura H., Sasamori K., Masumoto T.: High mechanical strength of Al-(V, Cr, Mn)-(Fe, Co, Ni) quasicrystalline alloys prepared by rapid solidification. Mater. Trans. JIM 37 (1996) 1287÷1292.
• [7] Stan K., Lityńska-Dobrzyńska L., Dutkiewicz J., Rogal Ł., Janus A. M.: TEM study of quasicrystals in Al-Mn-Fe melt-spun ribbon. Solid State Phenom. 186 (2012) 255÷258.
• [8] Stan K., Lityńska-Dobrzyńska L., Góral A., Wierzbicka-Miemik A.: Characterization of as-spun and annealed Al-Mn-Fe ribbons. Arch. Met. Mater. 57 (2012) 651÷656.
• [9] Humphreys E. S., Warren P. J., Titchmarsh J. M., Cerezo A.: Microstructure and chemistry of Al-V-Fe-Si nanoquasicrystalline alloys. Mat. Sci. and Eng. A304-306 (2001) 844÷848.
• [10] Srivastava A. K., Ranganathan S.: Quasicrystals, crystals and multiple twins in rapidly solidified Al-Cr-Si, Al-Mn-Si and Al-Mn-Cr-Si alloys. Acta Mater. 44 (1996) 2935÷2946.
• [11] Changa H. J., Fleury E., Song G. S., Lee M. H., Kim W. T., Kim D. H.: Microstructure modification and quasicrystalline phase formation in Al-Mn-Si-Be cast alloys. Mat. Sci. and Eng A 375-377 (2004) 992÷997.
• [12] Zupanic F., Boncina T., Šuštaršič B., Anzel I., Markoli B.: Microstructure of Al-Mn-Be melt-spun ribbons. Materials Characterization 59 (2008) 1245÷1251.
• [13] Cavojsky M., Balog M., Dvorak J., Illekova E., Svec P., Krizik P., Janickovic D., Simancik F.: Microstructure and properties of extruded rapidly solidified AlCr4.7Fe1.1Si0.3 (at.%) alloys. Mat. Sci. and Eng. A 549 (2012) 233÷241.
• [14] Zupanic F., Boncina T., Krizman A., Grogger W., Gspan Ch., Markoli B.,Spaic S.: Quasicrystalline phase in melt-spun Al-Mn-Be ribbons. J. Alloy Compd 452 (2008) 343÷347.