HRTEM-Karakteriseringen Av Melt-Rotera Al-Si-Cu-Mg Legerar Överfört till Fast Form På Olikt Klassar

Detta legerar gåvor som silikon tillfredsställer från 5,5 till 6,5, och förkopprar i spänna från 3,0 till 4,0 (i wt.%) [1. Den främsta hårdna konstituentet för 319na legerar är AlCu₂ (q 2Si, en överilad viktig förstärkning. Ouellet [1] anmälde o.a. hårdna som var maximalt för enMg, legerar att uppstå vid kooperativnederbörd av q och MgSi₂ partiklar. Casten strukturerar för 319na legerar inkluderar a - Al, eutectic partiklar för Si, MgSi₂, q, AlCuMgSi₅₂₈₆ (Q). Q arrangerar gradvis har en nöjd kickMg och är högt olösligt i a - Almatris, efter även en lösning värmer - behandling. Det är därför Q arrangerar gradvis bildande måste undvikas eller åtminstone minimeras. Genom att applicera en processaa forsolidification, (RSP) är det möjligheten som erhåller en supersaturated fast lösning med ett högre antal av att legera beståndsdelar, och att undvika eller minimera bildandet av understödja arrangerar gradvis. Delar som producerades av denna metod, kunde appliceras i någon motordelnågot liknande cylindermuffen, hållaren för pistongventil och monoblocks [4]. Forsolidificationen bearbetar med att kyla klassar higher, än 10³ Ks^-1 låter en förminskning i korn storleksanpassar, fördjupa den fasta lösningen spänner, förminskande jämnar av segregering, och i vissa fall arrangerar gradvis bildandet av metastable crystalline och amorphous [5, 6], beroende av solidificationen klassar. För melten strukturerar den roteraa tekniken verkställa av rusa på, och den kemiska rekvisitan har varit omfattande utstuderad [9] för aluminium legerar. Det finns en rapport av föregående arbete på karakteriseringen av Al-Si-Cu legerar [7] erhållande av RSP som använder endast en rotation, rusar. Emellertid verkställer av RSP strukturerar på när Mg tillfogas och rotationen rusar ändras inte anmälas för 319na som aluminium legerar. Det okända som analysen av understöder arrangerar gradvis bildande, det är viktigt att analysera möjlighetnanostructuresna som bildas i a - Almatrisen, det viktigaste kännetecken för legerar producerat av RSP. Det första mål av detta arbete var att fylla bristen av information på microstructurekarakteriseringen för den roteraa melten Al-Si-Cu-Mg legerar. Den nöjda verkställa av Mg och rotation rusar på nanostructure, och microhardness var också utstuderad. Dessa aspekter har inte anmälts i litteraturen för melt-rotera Al-Si-Cu-Mg legerar.

Ren Cu (pudra, >99.99% renhet) och Mg (tacka, >99.95% renhet) användes, som rå material samman med det ledar- legerar till jordbruksprodukter, legerar med tre som olik Mg tillfredsställer. Rollbesättning bars ut i en induktionspanna under en kontrollerad Ar-atmosfär in i en grafitsmältdegel. Tackor remelted därefter i ett kvartrör, och skjutet ut till och med en 0,5 en mm i diameteröppning på ytbehandla av ett polerat förkoppra rullar med en diameter av en mm 200. Experimenten bars ut under Honom atmosfär för att att undvika meltoxidation. Distansera mellan smältdegelöppningen och rulla var en mm 7. Banden producerades med förkopprar rullar tangentiellt rusar av ms 30 och 45⁻¹. Tjockleken av banden som producerades av meltsnurr, var mellan 30-50, och en mm 20-40, på rotation rusar av ms 30 och 45⁻¹ respektive. Detta resultat instämm med det erhållande av Hattel, och Pryds [10] för melt-rotert stålsätter band. De anmälde att bandtjocklek förbinds exponentially till rullahastigheten. Mätte kemiska sammansättningar av erhållande legerar ger sig in Bordlägger 1.

Bordlägga 1. Kemiska sammansättningar (i wt.%) av erhållande legerar.

För att jämföra den mekaniska rekvisitan mellan banden, testar microhardnessen var utvald. Kyla ytbehandlar (i kontakt med förkoppra rullar), och tvärsnitten av deroteraa banden karakteriserades. Microscopy för elektron för Kickupplösningsöverföring (HRTEM) användes för att observera struktureragåvan, främst i a - Al.SEM 2000- och TEM-undersökningar bars ut genom att använda en JEOL JSM 6400 Modellerar scanningelektronmikroskopet fungerings på 20 kV och ett mikroskop för FEG-Philips Tecnai F20 överföringselektron fungerings på 200 kV, respektive. Prov för OM- och SEM 2000utredningar monterades i en epoxykåda, och förberedda användande standarda metallographic tekniker som följs av kemisk etsning i en lösning av HF 2mL, 3 mL HCl, 5 mL HNO₃ och 190 mL HO₂ för 15, understöder för strukturerar observation. TEM-prov var förberedda, genom att göra gropar genom att använda en Gatan 656 SkrattgropGrinder som följdes av Argonjonmalning genom att använda ett Polerande System för Gatan 691 PrecisionJon. XRD-mätningarna bars ut i en Siemens 400 Röntgar diffractometeren genom att använda CuKa utstrålning på 30 kV och 25 mor. Microhardnessmätningar utfördes med en Vickers diamantindenter i en Leitz Wetzlar microhardnesstester som använder en ladda av 25 G. som Statistisk analys bars ut för att erhålla reproducible och exakta resultat.

Morfologin av band för all experimentellt villkorar var liknande. Formlösa lagrar observerades att närgränsande till kyla ytbehandlar stundkorn blev grövre från kyla ytbehandlar till det fritt ytbehandlar. Ett formlöst zonplanerar är unikt till snabbt släckt legerar [7], och det indikerar den bra kontakten mellan bandet och rulla. Den formlösa lagrartjockleken var alltid mindre än en mm 5. Strukturera var mer fin för de 45 ms⁻¹ banden än för 30 msen⁻¹ en. På kyla ytbehandlar, strukturera av banden var dendritic equiaxed. Morfologin av bandet för 30⁻¹ ms med 0.59%Mg på det transverse tvärsnittet och på kyla ytbehandlar visas in Figurerar 1a och 1b, respektive. Självfallet är den kyla hastigheten det högst på kyla ytbehandlar. Som ett resultat erhölls det formlösa lagrar. Nästan ytbehandlar de fria, stabiliteten av fast-flytanden har kontakt minskat med förminskningen av att kyla klassar. Under Tiden den förråa strukturera. Solidificationen klassar är proportionell till rotationen rusar direkt [10]. För rotationen rusar använt i vårt arbete, klassar solidificationen var ungefärligt 1,52 x 10⁷ och 2,11 x 10⁷ Ks^-1 för hastigheterna av ms 30 och 45^-1 respektive. Dessa data beräknades genom att använda förhållandet som o.a. härleddes av Matyja [11] och motsvarar till dendriten beväpnar att göra mellanslag av 0,27 och 0,20 en mm respektive.

Figurera 1. OM (a) och SEM 2000-backscattered micrographsvisning för elektroner (b) morfologin av bandmelten som roteras på ms 30⁻¹: på det transverse tvärsnittet och (b) (a) på kyla ytbehandla.

XRD-spectra av 30 och 45 ms⁻¹ band ges in Figurerar 2. Som förväntat, efter meltsnurret på en högre rotation har rusat, understöder styrkorna av arrangerar gradvis nå en höjdpunkt minskat. Detta understöder hjälpmedlet, som tillfredsställer av fritt, arrangerar gradvis förminskas, stunder som legerar beståndsdelen, tillfredsställer i fast lösning ökas. Q arrangerar gradvis nå en höjdpunkt av ms 30 som⁻¹ band är urskiljbara för legerar lätt med 3,80, och Mg 6,78%, fördriver litet maximalt motsvara till q observerades för legera med 0,59% Mg. För de 45 ms⁻¹ banden endast nå en höjdpunkt diffraction av a---Alen som den fasta lösningen är närvarande för legerar med 0,59 och 3.80%Mg. Ett litet maximalt av Q arrangerar gradvis kan observeras för legera med Mg 6,78%. Detta indikerar, att rotationen rusar av rulla, som är proportionell till kyla klassar av bandet, hade också en stor påverkan på det nöjt av det fritt att understödja arrangerar gradvis (q och Q). Från profilerar A till C, nå en höjdpunkt av förskjutning för a---Al till större 2q värderar litet och att föreslå att mer legera beståndsdelar upplösas i a - Almatris.

Figurera 2. XRD profilerar av band på att rotera rusar av ms 30, ⁻¹och ms 45⁻¹för legerar med: (A) 0,59% Mg, (B) 3.80%Mg och (C) 6.78%Mg.

Microstructuren av legera med 0,59% Mg på ms 30^-1 observeras i iguren 3a som består av a - Almatrisen och partiklar av ungefärligt 50-100 nm i diameter. Den respektive EDS-analysen som in visas, Figurerar 4a visar, att sammansättningen av partiklarna motsvarar till 2Cu, överens med XRD-observationen. Figurerar 3b, och legerar lilla partiklar för show 3c av ungefärligt 10-30 nm i diametern för med Mg 3,80 och 6,78%. Kemiska analyser av dessa partiklar visar att de motsvarar till a - Al, som visas i EDSEN som in framläggas Figurerar 4b och 4c. Bildandet av den nanosized a - Alpartiklar för dessa legerar kunde förklaras tack vare närvaroen av ett högre antal av att legera beståndsdelar (nöjd högre Mg, som observeras, genom att jämföra Mg, nå en höjdpunkt av EDSEN Figurerar in 4b och 4c) som ändrar det nöjt av den supersaturated fasta lösningen.

Figurera 3. Ljust sätta in elektronmicrographs för legerar erhållande på ms 30^-1 med: (a) 0,59% Mg, (b) Mg 3,80% och (c) Mg 6,78% och för de 45 ms^-1 banden med: (D) 0,59% Mg, (D) Mg 3,80% och (e) Mg 6,78%. [AlCu₂ och a - arrowed Alpartiklar].

Närvaroen av fcc-a - Alpartiklar med en nästan sfärisk eller ellipsoidal morfologi har anmälts av Inoue [12] för Al-Ni-Ce-Fe legerar o.a. Cases Sammanlagt diffractionen mönstrar show som kännetecken ringer av a - Al, som indikerar närvaroen av litet, storleksanpassar crystallites på grund av den processaa forsolidificationen. Reflexionen ringer att motsvara till q arrangerar gradvis (Figurera 3a), observeras inte. Detta faktum kunde vara förklarat interplanar distanserar tack vare för detta arrangerar gradvis och a - Al som är mycket nära, och det som är respektive, ringer kan överlappa. För de 45 ms^-1 banden ändrar microstructuren. Antalet av q och a - Alpartikelminskning som jämförs till de 30 ms^-1 banden, som kan observeras i, Figurerar 3d och 3f som jämförs med, Figurerar 3a och 3c. Detta resultat instämm med XRD-observationerna, var en förminskning i styrkorna av nå en höjdpunkt att motsvara som ska understödjas, arrangerar gradvis observerades.

Figurera 4. EDS-analysvisning den kemiska sammansättningen av: (a) AlCu₂ partikelgåva i legera med 0.59%Mg, (b) a - Alpartikelgåva i legera med 3.80%Mg och a (c) - Alpartikelgåva i legera med 6.78%Mg.

Närvaroen av den nanosized q och Q-partiklar observerades att använda HRTEM som var överens med resultaten från XRD-analysen. Som observerat in Figurera 5a, lilla q-nanocrystallites av ungefärligt 2 som nm i diameter är närvarande i a - Almatrisen för legera med 0,59% Mg. Analysera strukturera av q avslöj oss, att riktningen verkar att vara slumpmässig, olikt från det för Guinier-Preston zonplanerar var mellanliggande sammansättningar som är överilade på preferens- crystallographic hyvlar av Almatrisen i ålder-hårdnad Al legerar. Erhållande strukturerar typ är liknande till det som anmälas av Kim [13] för annan Al legerar o.a. Fasta Fourier Omformar (FFT) av två som kännetecken pekar indexeras till micrographen, visning frekvenserna som är tillhörande med crystallites av q och a - Al. En avbilda med flera crystalline områden som motsvarar till Q, kan klart ses för legera CAM03 (Mg 3,80%) Figurerar in 5b. FFT avslöjde frekvenser som var tillhörande med crystallites av Q och a - Al, som också visat in Figurera 5b. Storleksanpassa av denna arrangerar gradvis är i spänna från 2 till 5 nm. Riktningen i detta fall verkar också att vara slumpmässig. Nanocrystallites av Q visas också för legera med Mg 6,78%.

Figurera 5. Med Hög Upplösning avbildar och deras respektive FFT-visning närvaroen av: (a) fcc-a - Al för legera med 0,59% Mg och (b) Q arrangerar gradvis för legera med 3,80% som Mg för legerar erhållande på ms 30^-1.

HRTEM avbildar av msen 45 som^-1 band visas in Figurerar 6a och 6b. För legera med låg Mg som var nöjd (0,59%), förutom q-partiklarna observerade genom att använda konventionell TEM, en nanostructure som komponerades av fcc-a - Alpartiklar som omges av amorphous a - Al kan observeras. De respektive FFTNA visar närvaroen av amorphous regioner, som inte avkändes att använda konventionell TEM, ett faktum som kunde förklaras det låga antalet av det amorphous arrangerar gradvis tack vare. För legerar med 3,80, och Mg 6,78% en nanostructure som komponeras av fcc-a - Alpartiklar som omges av amorphous a - Al observeras också. Nanosized Q partiklar som omges av amorphous a - Al observeras också, som visas in Figurerar 6b. Denna sort av amorphous-crystalline strukturerar är liknande till den shortrange oordningen och lång-spänner beställer strukturerar anmält av Inoue [9], och det anmäldes, som en ny typ av nonequilibrium strukturerar, som är olik från amorphous, quasicrystallinen, och crystalline strukturerar. Det avslutas vidare att fcc-a - Al i samlevnad med det amorphous arrangerar gradvis är ett metastable arrangerar gradvis också berikat med solutebeståndsdelarna. Detta strukturella särdrag låter oss anta att det blandat strukturerar bildas av den primära solidificationen av det amorphous arrangerar gradvis, följt av solidificationen av den resterande flytanden som fcc-a - Al, q eller Q arrangerar gradvis.

Figurera 6. Med Hög Upplösning avbildar och deras respektive FFT-visning närvaroen av: - Al för legera med 0,59% Mg och (b) (a) legerar fcc och amorphous a Q arrangera gradvis och den amorphous a - Al för legera med Mg 3,80%, for erhållande på ms 45^-1.

Microhardnessförhöjningar när nöjda förhöjningar för Mg från 0,59 till 3,80%. Från 3,80 till 6,78% konstant Mg-microhardnessremains. Det finns viktiga två dela upp i faktorer som kan bidra till microhardnessförhöjningen för legerar med nöjd högre Mg: (1) understöder ett högre nöjt av nanosized arrangerar gradvis och (2) närvaroen av ett högre antal av Mg i fast lösning. Det kan ses att microhardnessen av banden på ms 45^-1 äger rum mellan 1,2 och 1,3 tider microhardnessen av band erhöll på ms 30^-1. Med förhöjningen av rotation rusa närvaroen av en amorphous a - Al arrangerar gradvis är det huvudsakligt orsakar av förhöjningen i microhardnessen värderar.

Bordlägga 2: Vickers Microhardness (VHN_200p) för det experimentellt legerar att använda som är tangentiellt, rusar av ms 30 och 45^-1.

HRTEM-analys av de 30 ms^-1 banden visade bildandet av en nanostructure som komponerades av q och a - Al för band med 0,59 wt.% av Mg, stunden för band med 3,80 och 6,78 wt.% av Mg sammansättningen av nanostructuren motsvarar till Q och a - Al. För de 45 ms^-1 banden regioner av den amorphous a - Al observerades. Al-Si-Cu-Mg legerar utstuderat, det var inte möjligheten som erhåller en göra perfekt som den fasta lösningen som använder även meltsnurrtekniken på kickrotation, rusar. Förhöjningen i nöjd blytak för Mg till bildandet av ett högre antal av Q och a - Alnanoparticles, som är det huvudsakligt, orsakar av förhöjningen i microhardnessen för legerar erhållande på en konstant rotation rusar. Förhöjningen i rotation rusar blytak till en minskning i antalet av fritt understöder arrangerar gradvis, en förhöjning i antalet av att legera beståndsdelar i fast lösning och bildandet av amorphous regioner. Dessa fakta visar att microhardnessförhöjningar för legerar erhållande på den högre rotationen rusar.

1.       P. Verkställer Ouellet och F.H. Samuel, ”av Mg på det åldras uppförandet av Al-Si-Cu 319 typ som aluminium rollbesättning legerar”, Förar Journal över av MaterialVetenskap, 34 (1999) 4671-4697.

2.       F. Verkställer H. Samuel, A M. Samuel och H. Liu, ”av magnesium som är nöjd på det åldras uppförandet av, bevattnar kyld Al-Si-Cu-Mg-Fe-Mn (380) legerar rollbesättning”, Förar Journal över av MaterialVetenskap, 30 (1995) 2531-2540.

3.       Z. Verkställer Li, A M. Samuel, F.H. Samuel, C. Ravindran och S. Valtierra, ”av att legera beståndsdelar på segregeringen, och upplösning av AlCu₂ arrangerar gradvis i Al-Si-Cu 319 legerar”, Förar Journal över av MaterialVetenskap, 38 (2003) 1203-1218.

4.       W. Förar Journal över H. Jaga Jr, ”Nya riktningar i aluminium-baserade P-/Mmaterial för automatiska applikationer”, Landskampen av Powder Metallurgy, 36 (2000) 51-60.

5.       Dom för F.J., ”Meltspun aluminium lyckat i tävlings- pistonger”, Aluminium, 70 (1994) 575-578.

6.       H. legerar H. Liebermann, ”Snabbt överfört till fast form gjort av kylig kvartermelt-snurr bearbetar”, Förar Journal över av Crystal Tillväxt, 70 (1984) 497-506.

7.       M. legerar Lutfi, N.P. Unlu, N. Eruslu och A. Genc, ”Karakteriseringutredningar av enrotera trefaldig Al-8Si-5.1Cu (i wt.%)”, Material Märker, 57 (2003) 3296-3301.

8.       A. legerar Förar Journal över Unlu, M.L. Genc, N. Ovecoglu, N. Eruslu och F.H. Froes, ”Karakteriseringutredningar av melt-rotera trefaldig Al - xSi - 3.3Fe (x = 10 20 wt.%)”, av Alloys och Sammansättningar, 322 (2001) 249-256.