Struktura i właściwości odlewniczego stopu magnezu AE44 przeznaczonego do eksploatacji w temperaturze 180°C

• Autorzy: Rzychoń T.

Warianty tytułu

EN

The structure and properties of cast AE44 magnesium alloy operated at 180°C

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stop magnezu AE44 zawierający aluminium i metale ziem rzadkich (głównie cer i lantan) należy do grupy najnowszych stopów magnezu przeznaczonych do odlewania ciśnieniowego. Stop ten znajduje zastosowanie głównie w przemyśle samochodowym na elementy silnika pracujące w podwyższonej temperaturze (do 180°C). W literaturze nie ma jednoznacznych poglądów dotyczących wpływu mikrostruktury na odporność na pełzanie stopu AE44. Przypuszcza się, że o dobrej odporności na pełzanie stopu AE44 decyduje przemiana niestabilnej fazy Al11RE3 w stabilną fazę Al2RE bez powstawania niekorzystnej fazy Mg17Al12. Niektórzy autorzy wskazują jednak, że faza Al11RE3 w temperaturze 180°C charakteryzuje się dużą stabilnością. W celu zweryfikowania danych literaturowych oraz określenia jakie czynniki strukturalne decydują o dobrej odporności na pełzanie stopu magnezu AE44 scharakteryzowano strukturę stopu po odlewaniu grawitacyjnym i ciśnieniowym, przeprowadzono badania stabilności struktury po długotrwałym wyżarzaniu w temperaturze 175°C oraz badania odporności na pełzanie. Przeanalizowano ponadto wpływ szybkości krzepnięcia na strukturę stopu. Mikrostrukturę w stanie wyjściowym i po wyżarzaniu scharakteryzowano metodami mikroskopii świetlnej, elektronowej skaningowej i transmisyjnej, rentgenowskiej analizy fazowej i metody Rietvelda. Stwierdzono, że faza Al11RE3 jest stabilna i nie ulega rozpadowi na fazy Al2RE i Mg17Al12. Pojawienie się fazy Mg17Al12 jest spowodowane wydzielaniem się z przesyconego roztworu stałego ?-Mg, a jej udział objętościowy zależy od zawartości aluminium i pierwiastków ziem rzadkich w stopach magnezu. Stabilna i drobnoziarnista struktura stopu AE44 powoduje, że charakteryzuje się on dobrą odpornością na pełzanie do temperatury 200°C. Uzyskanie dobrych właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej i podwyższonej jest możliwe po zastosowaniu odlewania ciśnieniowego z zastosowaniem odpowiednich parametrów odlewania pozwalających na uzyskanie porowatości mniejszej od 1,5%.

EN

The AE44 magnesium alloy containing aluminium and rare earth metals (mainly cerium and lanthanum) belongs to the newest die cast magnesium alloys. This alloy is used in automotive applications for items operating at an elevated temperature (up to 180°C). The data presented in the literature concerning the influence of microstructure on the creep resistance of AE44 magnesium alloy are not unequivocal. It is supposed that the good creep resistance of AE44 magnesium alloy at 180°C is related to the decomposition of the unstable Al11RE3 phase to the stable Al2RE phase without precipitation of the Mg17Al12 compound. However, some authors have reported that the Al11RE3 compound is stable at 180°C. The influence of the microstructure on the creep properties, microstructural stability during long-term annealing at 175°C and influence of the solidification rate on the microstructure of AE44 alloy were investigated. The microstructure was analyzed by using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Xray diffraction (XRD) and the Rietveld method. The results show that the Al11RE3 phase is stable at 175°C and transformation of the Al11RE3 phase into Al2RE and Mg17Al12 compounds is not observed. Precipitation of the Mg17Al12 compound from a supersaturated magnesium solid solution was found. The volume fraction of Mg17Al12 depends on the aluminium and rare earth content in the magnesium alloy. Good creep resistance up to 200°C is caused by the stable and fine-grained microstructure. Beneficial mechanical properties of die cast AE44 magnesium alloy are obtained if the porosity level is lower than 1.5% vol.

Słowa kluczowe

PL

stopy magnezu; stabilność strukturalna; odporność na pełzanie

EN

magnesium alloys; microstructural stability; creep resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 6
• Strony: 895--907
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rzychoń T.

• Katedra Nauki o Materiałach, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Friedrich H. E., Mordike B. L. (Eds): Magnesium Technology. Metallurgy, Design Data, Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2006).
• [2] Luo A. A.: Recent magnesium alloy development for elevated temperaturę applications. International Materials Reviews 49 (2004) 13.
• [3] Bakke P., Westengen H.: The role of rare earth elements in structure and property control of magnesium die casting alloys. Magnesium Technology 2005, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) (2005) 291.
• [4] Rzychoń T., Kiełbus A., Cwajna J., Mizera J.: Microstrucutral stability and creep properties of die casting Mg-4Al-4RE magnesium alloy. Materials Characterization 60 (2009) 1107÷1113.
• [5] Wei K., Wei L. Y., Warren R.: Creep behaviour and microstructure die cast alloys AZ91 and AE42. Materials Science Forum 546-549 (2007) 73.
• [6] Rzychoń T.: Struktura i właściwości odlewniczego stopu magnezu AE44. Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, promotor: prof. dr hab. inż. Jan Cwajna, Katowice (2009).
• [7] Wei L. Y., Dunlop G. L., Westengen H.: Development of microstructure in cast Mg-Al-rare earth alloys. Materials Science and Technology 12 (1996) 741.
• [8] Zhu S. M., Gibson M. A., Nie J. F., Easton M. A., Abott T. B.: Microstructural analysis of the creep resistance of die-cast Mg-4Al-2RE alloy. Scripta Materialia 58 (2008) 477.
• [9] Powell B. R., Rezhets V., Balogh M. P., Waldo R. A.: Microstructure and creep behaviour in AE42 magnesium die-casting alloy. Journal of Materials, August (2002) 34.
• [10] Deming H., Yungui C., Yongbai T., Hongmei L., Gao N.: Indentation creep behaviour of AE42 and Ca-containing AE41 alloys. Materials Letters 61 (2007) 1015.
• [11] Moreno I. P., Nandy T. K., Jones J. W., Allison J. E., Pollock T. M.: Microstructural stability and creep of rare earth containing magnesium alloys. Scripta Materialia 48 (2003) 1029.
• [12] Zou H., Zeng X., Zhai C., Ding W.: Effects of Nd on the microstructure of ZA52 alloy. Materials Science and Engineering A392 (2005) 229.
• [13] Wenwen D., Yangshan S., Xuegang M., Feng X., Min Z., Dengyun W.: Microstrucutre and mechanical properties of Mg-Al based alloy with calcium and rare earth additions. Materials Science and Engineering A356 (2003) 1.
• [14] Weichao Z., Shuangshou L., Bin T., Daben Z., Xutao G.: Effect of rare earths on hot cracking resistant property of Mg-Al alloys. Journal of Rare Earths 24 (2006) 346.
• [15] Anyanwu I. A., Gokan Y., Suzuki A., Kamado S., Kojima Y., Takeda S., Ishida T.: Effect of substituting cerium-rich mischmetal with lanthanum on high temperature properties of die-cast Mg-Zn-Al-Ca-RE alloys. Materials Science and Engineering A380 (2004) 93.
• [16] Sikora M., Rzychoń T., Kiełbus A.: Methodology of quantitative evaluation of porosity in AE44 magnesium alloy. Acta Metallurgica Slovaca, Special Issue 13th International Symposium on Metallography, Stara Lesna, 2÷4 May, (2007) 137.
• [17] Celotto S., Bastow T. J.: Study of precipitation in aged binary Mg-Al and ternary Mg-Al-Zn alloys using 27Al NMR spectroscopy. Acta Materialia 49 (2001) 41.
• [18] Avedesian M. M., Baker H. (Eds.): ASM Specialty Handbook, Magnesium and Magnesium Alloys. ASM Interantional, USA (1999).
• [19] Avraham S., Maoz Y., Bamberger M.: Application of the CALPHAD approach to Mg-alloys design. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 31 (2007) 515.
• [20] Cacciamani G., Ferro R.: Thermodynamic modeling of some aluminiumrare earth binary systems: Al-La, Al-Ce and Al-Nd. Calphad 25 (2001) 583.
• [21] Grobner J., Kevorkov D., Schmid-Fetzer R.: Thermodynamic modeling of Al-Ce-Mg phase equilibria coupled with key experiments. Intermetallics 10 (2002) 415.
• [22] Buschow K. H. J.: The lanthanum-aluminium system. Philips Research Reports 20 (1965) 337.
• [23] Kędzierski Z.: Przemiany fazowe w układach skondensowanych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (2003).
• [24] Portnoi V. K., Tret’yakov K. V., Fadeeva V. I.: Structural transformations during the mechanochemical synthesis and heating of Co-Al alloys. Inorganic Materials 40 (2004) 937.
• [25] Dańko J.: Maszyny i urządzenia do odlewania pod ciśnieniem. Podstawy teorii. Konstrukcja. Pomiary i eksploatacja. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków (2000).
• [26] Pekguleryuz M., Kaya A. A.: Creep resistant magnesium alloys for powertrain applications. Advanced Engineering Materials 5 (2002) 866.
• [27] Hernas A.: Żarowytrzymałość stali i stopów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2000).