The AlFeMnSi intermetallics competition in the interdendritic eutectics in AlSi cast alloys influenced by cooling rate and transition metals content

Warmuzek, M.

doi:10.7356/iod.2016.02

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

The AlFeMnSi intermetallics competition in the interdendritic eutectics in AlSi cast alloys influenced by cooling rate and transition metals content

Autorzy

Warmuzek M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2016.02

Warianty tytułu

Konkurencyjna krystalizacja faz międzymetalicznych AlFeMnSi w eutektykach międzydendrytycznych w odlewniczych stopach AlSi – wpływ składu i szybkości chłodzenia

Języki publikacji

Abstrakty

Microscopic observations and quantitative analysis of the microstructure image were used to analyze the solidification course and morphology evolution in polyphase eutectics in the AlSi casting alloys with transition metals Fe and Mn. The utility of the analytical test procedures was demonstrated. It was stated that their precision and repeatability should be improved. Further works on quantitative morphological coefficients used as objective discriminators of the particular morphological form of phase constituents should be continued. Nevertheless, obtained results of the microstructure image analysis indicated that in a concentration range of transition metals: Fe 0.5−1.5 wt. % and Mn 0−0.5 wt. %, the total V_v of the eutectic intermetallics has increased with a total content of the transition metals (Fe + Mn). In both group of alloys hypo- and eutectic the final results of the competition between phases α_c-AlFeMnSi, α_H-AlFeSi and β-AlFeSi have been explained as affected by non-equilibrium microsegregation of Fe, Mn and Si in solidifying liquid, and by the actual value of the Fe/Si coefficient. Preferences for α_c-AlFeMnSi phase were reinforced by a decrease in the value of Fe/Mn coefficient.

Obserwacje mikroskopowe oraz ilościowa analiza obrazu mikrostruktury zostały wykorzystane do analizy ścieżki krystalizacji i ewolucji morfologii wielofazowych eutektyk zawierających fazy międzymetaliczne w stopach AlSi zawierających metale przejściowe. Wykazano przydatność opracowanej procedury badawczej, jakkolwiek jej precyzja i powtarzalność będą mogły być poprawione tylko na drodze dalszych prac nad ustanowieniem obiektywnych reguł klasyfikacji opartej na ilościowym wskaźniku morfologicznym jako dyskryminatorze dla grup morfologicznych, przypisanych do składników fazowych mikrostruktury. Niemniej jednak otrzymane wyniki analizy obrazu mikrostruktury wykazały, że w zakresie stężenia 0,5−1,5% Fe i 0−0,5% Mn całkowita wartość objętości względnej V_v faz międzymetalicznych AlFeMnSi zwiększała się w miarę wzrostu zawartości metali przejściowych (Fe + Mn) w stopie. W obu grupach stopów, podeutektycznych i eutektycznych, mikrostrukturalny wynik konkurencji pomiędzy fazami α_H-AlFeSi i β-AlFeSi był uzależniony od nierównowagowej mikrosegregacji Fe, Mn i Si w cieczy resztkowej, w tym od trzeczywistych zmian wartości wskaźnika Fe/Si. Preferencje dla fazy α_c-AlFeMnSi wzmacniane były zmniejszeniem wartości wskaźnika Fe/Mn.

Słowa kluczowe

aluminium alloys transition metals intermetallic phases eutectic

stopy aluminium metale przejściowe fazy międzymetaliczne eutektyka

Wydawca

Instytut Odlewnictwa

Czasopismo

Prace Instytutu Odlewnictwa

Rocznik

2016

Tom

Vol. 56, no. 1

Strony

7--16

Opis fizyczny

Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Warmuzek M.

malgorzata.warmuzek@iod.krakow.pl

Instytut Odlewnictwa, Zespół Laboratoriów Badawczych, Laboratorium Badań Struktury i Właściwości, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Bibliografia

1. Du Y., Y. A. Chang, Shuhong Liu, Baiyun Huang, F.-Y. Xie, Ying Yang, S.-L. Chen. 2005. “Thermodynamic description of the Al-Fe-Mg-Mn-Si system and investigation of microstructure and microsegregation during directional solidification of an Al-Fe-Mg-Mn-Si alloy”. Zeitschrift für Metallkunde 96 (12) : 1351−1362.
2. Belov, N. A., D. M. Eskin, A. A Aksenov. 2005. Multicomponent phase diagrams: applications for commercial aluminium alloys. Elsevier.
3. Liu Z. K., Y. A.Chang. 1999. “Thermodynamic assessment of the Al-Fe-Si system”. Metallurgical and Materials Transactions A 30 (4) : 1081−1098.
4. Tamminen J. 1988. Thermal analysis for investigation of solididfication mechanism in metals and alloys. Chemical Communications, No. 2. University of Stockholm.
5. Warmuzek M., Z. Lech, G. Sęk-Sas. 2002. „Ewolucja mikrostrukturalna w obecności metali przejściowych (Fe, Mn, Cr) w stopach Al-Si”. Biuletyn Instytutu Odlewnictwa 4 (6) : 4−11.
6. Warmuzek M. 2014. “Analysis of the chemical composition of AlMnFe and AlFeMnSi intermetallic phases in the interdendritic eutectics in the Al alloys”. Prace Instytutu Odlewnictwa 54 (1) : 3−12.
7. Perepezko J. H., D. R. Allen. 1996. “Kinetic Competition in Undercooled Liquid Alloys”. Materials Research Society Proceedings 398 : 1−12.
8. Malakhov D. V., D. Pnahi, M. Gallernault. 2010. “On the formation of intermetallics in the rapidly solidifying Al-Fe-Si alloys”. Calphad, 34 (2) : 159−166.
9. Dons A. L. 1991. “Simulation of solidification – a short cut to a better phase diagram for Al-Mg-Fe-Si alloys”. Zeitschrift für Metallkunde 52 : 684−688.
10. Dons A. L. 1985. “AlFeSi particles in industrial cast aluminium alloys”. Zeitschrift für Metallkunde 76 : 609−612.
11. Iglessis J., C. Frantz, M. Gantois. 1977. «Conditions de formation despau fer dans les alliages Aluminium – Silicium de pureté commerciale». Mémoires Scientifiques de la Revue de Métallurgie 74 (4) : 237−242.
12. Iglessis J., C. Frantz, M. Gantois. 1978. «La croissance par propagation de plans de macle des composés eutectiques dans le système Al-Fe-Si». Mémoires Scientifiques de la Revue de Métallurgie 75 : 93−100.
13. Yang Bing Jiang, D. M. Stefanescu, J. Leon-Torres. 2001. “Modeling of microstructural evolution with tracking of equiaxed grain movement for multicomponent Al-Si Alloy”. Metallurgical and Materials Transactions A 32 (12) : 3065−3076.
14. Lee S., B. Kim, S. Lee. 2011. “Prediction of solidification paths in Al-Fe-Si ternary system and experimental verification: Part I: Fe containing hypoeutectic Al-Si alloys”. Materials Transactions 52 (6) : 1053−1062.
15. Gorny A., J. Manickaraj, Z. Cai, S. Shankar. 2013. “Evolution Fe based intermetallic phases, in Al-Si hypoeutectic casting alloys. Influence of the Si and Fe concentrations, and solidification rate”. Journal of Alloys and Compounds 577 : 103−124.
16. Belmares-Perales S., M. Castro-Román, M. Herrera-Trejo, L. E. Ramírez-Vidaurri. 2008. “Effect of cooling rate and Fe/Mn weight ratio on volume fractions of α-AlFeSi and β-AlFeSi phases in Al-7.3Si-3.5Cu alloy”. METALS AND MATERIALS International, 14 (3) : 307−414.
17. Belmares-Perales S., A. A. Zaldívar-Cadena. 2010. “Addition of iron for removal of the β-AlFeSi intermetallic by refining of α-AlFeSi phase in an Al-7.5Si-3.6Cu alloy”. Materials Science and Engineering B 174 (1−3) : 191−195.
18. Kim H. Y., T. Y. Park, S. W. Han, H. M. Lee. 2006. “Effects of Mn on the crystal structure of α-Al(Mn,Fe) Si particles in 356 alloys”. Journal of Crystal Growth 291 (1) : 207−211.
19. Reza Ghomashchi M. 1987. “Intermetallic compounds in an Al-Si alloy used in high pressure die-casting”. Zeitschrift für Metallkunde 79 : 784−787.
20. Khalifa W., F. H. Samuel, J. E. Gruzleski. 2003. “Iron intermetallic phases in the Al corner of the Al-Fe-Si system”. Metallurgical and Materials Transactions A 34 (3) : 807−825.
21. Lee S., B. Kim, S. Lee. 2011. “Prediction of solidification paths in Al-Si-Fe ternary system and experimental verification: Part II. Fe containing eutectic Al-Si alloys”. Materials Transactions 52 (6) : 1308−1315.
22. Shabestari S. G. 2004. “The effect of iron and manganese on the formation of intermetallic compounds in aluminum–silicon alloys”. Materials Science and Engineering A, 383 (2) : 289−298.
23. Shabestari S. G., Gruzleski J. E. 1994. “The effect of solidification condition and chemistry on the formation and morphology of complex intermetallic compounds in aluminium–silicon alloys”. Cast Metals 6 : 217−224.
24. Ma Z., E. Samuel, A. M. A. Mohamed, A. M. Samuel, F. H. Samuel, H. W. Doty. 2010. “Parameters controlling the microstructure of Al-11Si-2.5Cu-Mg alloys”. Materials and Design 31 (2) : 902−912.
25. Cao X., J. Campbell. 2004. “The solidification characteristics of Fe-rich intermetallics in Al-11.5Si-0.4Mg cast alloys”. Metallurgical and Materials Transactions A 35 : 1425−1435.
26. Abou Khatwa M. K., D. V. Malakhov. 2006. “On the thermodynamic stability of intermetallic phases in the AA6111 aluminium alloy”. Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry Calphad 30 (2) : 159−170.
27. Zakharov A. M., I. T. Gulcyn, A. A. Arnold, J. A. Macenko. 1998. „Fazovyje ravnovesia v systemie Al-Si-Fe-Mn w intervale koncentracji 10-14%Si, 0-3%Fe i 0-4%Mn”. Izv. VUZ., Cvetn. Met. (4) : 89−94.
28. Zakharov A. M., I. T. Gulcyn, A. A. Arnold, J. A. Macenko. 1989. „Secenia izotermiceskich tetraedrov sistemy Al-Si-Fe-Mn pri 10-14%Si, (do 3%Fe i 4%Mn)”. Izv. VUZ., Cvetn. Met. (4) : 78−81.
29. Tibballs J. E., L. A. Horst, C. J. Simensen. 2001. “Precipitation of α-Al(Fe,Mn)Si from the melt”. Journal of Materials Science 36 : 937−941.
30. Flores-Valdes A., M. Sukiennik, A. H. Castillejos-E., F. A. Acosta-G., J. C. Escobedo-B. 1998. “A kinetic study on the nucleation and growth of Al8FeMnSi2 intermetallic compound for aluminum scrap purification”. Intermetallics 6 (3) : 217−227.
31. Flores-Valdés A., M. Sukiennik, A. H. Castillejos-Escobar, M. Méndez-Nonell, F. A. Acosta-González. 1996. “Experimental determination of the standard formation functions of AlFeMnSi intermetallic phase”. Archives of Metallurgy 41 : 293−309.
32. Volk W. Statystyka stosowana dla inżynierów. 1973. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
33. Aziz M. J. 1982. “Model for solute redistribution during rapid solidification”. Journal of Applied Physics 53 (2) : 1158−1168.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-dc9c9a85-a155-4881-8405-5031bdf08026