Semisolid forming requires alloys with non-dendritic microstructure of the thixotropy. Recently, low pouring temperture method without stirring, i.e. liquidus casting has been found out new fabrication method of the semisolid metals. Effects of melt superheat and mold conditions on the globulization of primary Al of $AlSi_7Mg$ alloy were investigated in gravity casting process without stirring. The microstructures of primary Al as function of melt superheat and mold temperature show globular, rosette and dendritic shapes. The conditions for globular microstructure of primary Al were low melt superheat < 35 K and low mold temperature < 500 K. The thermal conditions for globular microstructure of primary Al were undercooled melt at early solidification stages and slow cooling < 0.6 K/s. It was found that the initial microstructure was maintained throughout the solidification and the globules of primary Al can be obtained by high nucleation of fine and spherical nuclei due to enhanced undercooling of melt.
Spray casting of hypereutectic Al-Si based alloy has been reported to provide distinct advantages over ingot metallurgy (IM) or rapid solidification/powder metallurgy (RS/PM) process in terms of microstructure refinement. Hypereutectic Al-Si based alloys have been regarded attractive for automotive and aerospace application, due to high specific strength, good wear resistance, low coefficient of thermal expansion, high thermal stability, and good creep resistance. In this study, hypereutectic Al-25Si-2.0Cu-1.0Mg alloy was prepared by OSPREY spray casting process. High temperature deformation behavior of the hypereutectic Al-Si based alloy has been investigated by applying the internal variable theory proposed by Chang et al. The change of strain rate sensitivity and Creep transition were analyzed by using the load relaxation test and constant creep test.
As an automotive industry's demand for lighter materials gets bigger and bigger, a lot of new strength Al alloys have been developed recently. In the present study, Al 6xxx series alloys were designed to get the strength level of 350MPa with the elongation of $12\%$. For that purpose, three alloy systems were selected based on the thermodynamics calculation. The effect of both $Mg_{2}Si$ precipitate and excess Si amount on the newly designed alloys was investigated. Also, heat treatment procedure was studied to optimize the mechanical properties.
For comprehensive understanding of the formation behavior of $\beta-Al_5FeSi$ phase in Al-Si-Cu alloys with the existence of Fe element, microstructure characterizations were performed using combined analysis of OM, SEM-EDS, XRD. Especially, experimental and predictive works on solidification events of $\beta-Al_5FeSi$ phase as well as other phases formed together with $\beta-Al_5FeSi$ have been carried out by using DSC analysis and Java-based Materials Properties software (J. Mat. Pro.). Primary and eutectic $\beta-Al_5FeSi$ phases were able to distinguish from each other on microstructures by their morphological features. Primary $\beta-Al_5FeSi$ phase was seen to have rough surface perpendicular to growth direction, indicating free attachment of solute atoms in liquid state. On the other hand, the eutectic $\beta-Al_5FeSi$ phase was formed with plain and straight surface during eutectic reaction together with $\alpha$-Al phase. The eutectic reaction of $\beta-Al_5FeSi$ and $\alpha$-Al phases was seen to be able to separate into each formation depending on cooling rate.
The solidification sequence and formation of intermetallic phase of Fe-rich Al-Si-Cu alloy were investigated by using real-time imaging of synchrotron X-ray radiation. Effects of cooling rate during uni-directional solidification on the resultant solidification behavior was also studied in a specially constructed vacuum chamber in the SPring-8 facility. The series of radiographic images were complementarily analyzed with conventional analysis of OM and SEM/EDX for phase identification. Detailed solidification sequence and formation mechanisms of various phases were discussed based on real-time image analysis. The growth rates of $\alpha$-AlFeMnSi and ${\beta}-Al_5FeSi$ were measured in order to understand the growth behavior of each phase. It is suggested that real-time imaging technique can be a powerful tool for the precise understanding of solidification behavior of various industrial materials.
The effects of minor additives on the casting properties of AC4A aluminum alloys were investigated. Measurements of the cooling curve and microstructure observations were conducted to analyze the effects of Ti-B and Sr minor elements during the solidification process. A fine grain size and an increase in the crystallization temperature for the ${\alpha}-Al$ solution were evident after the addition of 0.1wt% Al-5%Ti-1%B additive. The modification effect of the eutectic $Mg_2Si$ phase with the addition of 0.05% Al-10%Sr additive was prominent. A fine eutectic $Mg_2Si$ phase and a decrease in the growth temperature of the eutectic $Mg_2Si$ phase were evident. Fluidity, shrinkage and solidification-cracking tests were conducted to evaluate the castability of the alloy. The combined addition of Al-5%Ti-1%B and Al-10%Sr additives showed the maximum filling length owing to the effect of the fine ${\alpha}-Al$ grains. The macro-shrinkage ratio increased, while the micro-shrinkage ratio decreased with the combined addition of Al-5%Ti-1%B and Al-10%Sr additives. The macro-shrinkage ratio was nearly identical, while the micro-shrinkage ratio increased with the addition of the Al-10%Sr additive. The tendency of the occurrence of solidification cracking decreased owing to the effect of the fine ${\alpha}-Al$ grains and the modification of the $Mg_2Si$ phase with the combined addition of Al-5%Ti-1%B and Al-10%Sr additives.
In order to clarify the solidification mechanism of Al-Si alloy, Mushy Degree of Eutectic Solidification (MDE) and Centerline Feeding Resistance (CFR) were systematically studied by casting with various compositions of $Al-(6{\sim}18%)$ Si alloys into several kinds of molds having different cooling rates. The results are as follows: 1. CFR% increases slightly as solute concentration increases, but decreases remarkably as the cooling rate of the mold increases, that is, the composition dependence of the alloys has more effect on the change of CFR% than that of the mold cooling rate. 2. The composition dependence of MDE value has the same tendency as that of Degree of Eutectic Solidification (DES). MDE value within the range of hypereutectic composition is larger than that of hypoeutectic and it represents the maximum value at eutectic composition. The higher the cooling rate is, the less the MDE value is.
Recently, many studies have been carried out to process on the purpose of lightness in a transport parts because of the saving energy, the environmental problem. The cast-forging process can be expected to lower costs without decreasing the mechanical properties. So, the finest microstructure is needed to get for applying the cast-forging process with Al-Si alloy because the microstructure affects to the cast-forging process. For refinement treatment of eutectic Si and Al solid-solution phase, Sr and TiB were added in Al-Si alloys. The finest microstructure could be observed when 0.075 wt.%Sr and 0.1 wt.%TiB were added respectively. In this case, tensile strength and elongation much more increased than as casting. After high temperature deformation simulation test with grain refinement specimens was carried out, about 70N per unit $area(mm^2)$ of specimen was confirmed. After hot forging, tensile strength and elongation were increased. It was considered because casting defect was removed by compressive working.
Kim, Jeong-Min;Sung, Ki-Dug;Jun, Joong-Hwan;Kim, Ki-Tae;Jung, Woon-Jae
한국주조공학회지
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제24권6호
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pp.340-346
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2004
초정 $Mg_2Si$와 미세한 $MgZn_2$ 석출상을 갖는 고강도 내마모 Al합금을 개발하기 이하여 Al-l2wt%Mg-5.5wt%Zn합금에 0-5wt%까지 Si을 첨가 시켰으며, 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 영향을 조사하였다. Si의 함량이 증가함에 따라 형성되는 $Mg_2Si$상의 양이 증가하였으며, 동시에 고강선 온도가 점차적으로 증가함에 따라 효과적인 열처리가 가능해지는 것을 관찰할 수 있었다. 5wt%Si이 첨가된 합금의 경우 적절한 열처리를 통해 미세한 $MgZn_2$ 석출상이 기지에 균일하게 분포한 미세조직을 얻을 수 있었고 이를 통해 인장강도를 현저하게 증가시킬 수 있었다. 또한 Si이 첨가된 Al-Mg-Zn합금은 유동도 및 열간 균열저항성과 같은 주조성면에서도 다른 고강도 Al합금에 비하여 월등히 우수한 것으로 나타났다.
In this study, we focused on the correlation between the solidification structure, heat treatment and mechanical properties of the A356 alloy according to the conditions of Sr modification. The microstructural evolution of the eutectic Si and ${\alpha}-Al$ phase in the A356 alloy castings depending on the amount of Sr were investigated during solid solution heat treatment using an optical microscope, a scanning electron microscope and an image analyzer. In addition, tensile tests on the heat treated materials examined the relationship between the microstructure and the fracture surface. The as-cast A356 alloys under 40 ppm Sr showed an undermodified microstructure, but that of the added 60-80 ppm Sr had well modified structure of fine fibrous silicon. After solid solution treatment, the microstructure of the undermodified A356 alloy exhibited a partially spheroidized morphology, but the remainder showed the fragmentation of fibrous shaped silicon. The spheroidization of the eutectic silicon in the modified A356 alloys was completed during heat treatment, which was very effective in increasing the elongation. This is supported by the fracture surface in the tensile test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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