The milling and particulate characteristics of Al alloy-$Al_2O_3$ powder mixtures for a reaction-bonded $Al_2O_3$ (RBAO) process were studied. A commercially available prealloyed Al powder with Zn, Mg, Cu and Cr alloying elements (7475 series) was mixed with a calcined sinter-active $Al_2O_3$ powder and then milled in centrifugal milling equipment for ~48 hrs. The Al alloy-$Al_2O_3$ powder mixtures after milling were characterized and evaluated in various ways to reveal their particulate characteristics during milling. The milling efficiency of the Al alloy increased with a longer milling time. Comminution of the Al alloy particles started with its elongation, showing a high aspect ratio. With a longer milling time, the elongated Al alloy particle changed in terms of its shape and size, becoming equiaxially fine particles. Regardless of the milling efficiency of the Al alloy particles, all of the Al alloy particles repeatedly experienced strong plastic deformation during milling, giving rise to higher density of surface defects, such as microcracks, and leading to higher residual microstress within the Al alloy particles. The chemical reactions, oxidation behavior and hydration behavior of the Al alloy particles and the hydrolysis characteristics of their reaction with the environment were also observed during the milling process and during the subsequent powder handling steps.
In this study, the microstructural characteristics of a high-speed-extruded Mg-5Bi-3Al (BA53) alloy and its tensile, compressive, and high-cycle fatigue properties are investigated. The BA53 alloy is successfully extruded at a die-exit speed of 16.6 m/min without any hot cracking using a large-scale extruder for mass production. The homogenized BA53 billet has a large grain size of ~900 ㎛ and it contains fine and coarse Mg3Bi2 particles. The extruded BA53 alloy has a fully recrystallized microstructure with an average grain size of 33.8 ㎛ owing to the occurrence of complete dynamic recrystallization during high-speed extrusion. In addition, the extruded BA53 alloy contains numerous fine lath-type Mg3Bi2 particles, which are formed through static precipitation during air cooling after exiting the extrusion die. The extruded BA53 alloy has a high tensile yield strength of 175.1 MPa and ultimate tensile strength of 244.4 MPa, which are mainly attributed to the relative fine grain size and numerous fine particles. The compressive yield strength (93.4 MPa) of the extruded BA53 alloy is lower than its tensile yield strength, resulting in a tension-compression yield asymmetry of 0.53. High-cycle fatigue test results reveal that the extruded BA53 alloy has a fatigue strength of 110 MPa and fatigue cracks initiate at the surface of fatigue test specimens, indicating that the Mg3Bi2 particles do not act as fatigue crack initiation sites. Furthermore, the extruded BA53 alloy exhibits a higher fatigue ratio of 0.45 than other commercial extruded Mg-Al-Zn-based alloys.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.10a
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pp.281-284
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2003
The microstructural changes of Al-Zn-Mg-Cu alloy containing Sc during hot extrusion and post heat treatment is investigated. Two kinds of Al-Sc alloys with different alloying elements (B1, B2) are hot extruded to make I-shape bars at 380$^{\circ}C$, then the bars are solution treated at 480$^{\circ}C$ for 2hrs followed by artificial aging at 120$^{\circ}C$ for 24hrs. The interior microstructure of as extruded bar consists of elongated grains, however, fine equiaxed grains are mainly observed around surface. The microstructural gradient suggests that different restoration process can proceed during the hot extrusion. For B1 and B2, different grain growth behaviors are found around the surface during the post heat treatment. Rapid grain growth behavior around the surface is discussed related with the crystallographic orientation of the grain.
Kang Hojune;Bae Gunhee;Park Yongha;Han Sangho;Park Yongho;Cho Kyungmox;Park Ikmin
Korean Journal of Materials Research
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v.15
no.12
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pp.791-795
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2005
In this study, aluminum borate whisker reinforced Mg-3Al-2Ag-1Zn matrix composites were fabricated by the squeeze infiltration technique. The purpose is to develop materials for elevated temperature applications. Microstructure observation revealed successful fabrication of the metal matrix composites, namely no cast defects such as porosity and matrix/reinforcement interface delamination etc. High temperature hardness and creep rupture properties were improved significantly with addition of Ag to the Al borate whisker reinforced Mg alloy composite. $Mg_3Ag$ phase formed during aging heat treatment could improve creep properties of the Mg matrix composites.
In order to develop an aluminum alloy, that can combine high thermal conductivity and good castability and anodizability, aluminum alloys with low Si content, such as Al-(0.5~1.5)Mg-1Fe-0.5Si and Al-(1.0~1.5)Si-1Fe-1Zn, were designed. The developed aluminum alloys exhibited 170~190% thermal conductivity (160~180 W/mK), 60~85% fluidity, and equal or higher ultimate tensile strength compared with those of the ADC12 alloy. In each developed alloy system, the thermal conductivity decreased and the strength increased with the increment of Mg and Si, which are the significant alloying elements. The fluidity was in reverse proportion to the Mg content and in proportion to the Si content. The Al-(0.5~1.5)Mg-1Fe-0.5Si alloys exhibited better fluidity in thick-wall castings, while the Al-(1.0~1.5)Si-1Fe-1Zn alloys were better in thin-wall castability due to their lower surface energies. The fluidity behavior was complexly affected by the heat release for the solidification, viscosity, solidification range, and the type, quantity, and formation juncture of the main secondary phase.
Fundmental fatigue crack propagation tests with C-T type specimens were conducted at various load ratios (R) such as 0.1, 0.3 and 0.5 in T6 and Thermomechanically treated (TMT) conditions of 7039 Al alloy. Better mechanical properties from monotonic test as well as fatigue crack propagation were obtained by TMT process owing to uniform distribution of fine microstructures and non-existence of precipitation free zone (PFZ). Through the measurement of Kop and ${\Delta}K$ at various R the concept of effective stress intensity factor range ratio, U was reviewed to asses the load ratio effect on fatigue crack propagation. A relationship between U and variables such as ${\Delta}K$ and R was obtained empirically. This may enable us to predict ${\Delta}K_{eff}$ that is of critical importance for prediction of fatigue crack propagation rate.
Kim, Sang-Hoon;Moon, Byoung-Gi;You, Bong-Sun;Park, Sung-Hyuk
Journal of Korea Foundry Society
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v.37
no.6
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pp.207-216
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2017
This study investigated the effects of the addition of Zn, Ca, and SiC on the microstructure and mechanical properties of Mg-Al alloys. The tensile properties of homogenized Mg-xAl (x = 6, 7, 8, and 9 wt.%) alloys increased with increasing Zn content by the solid-solution strengthening effect. However, when the added Zn content exceeded the solubility limit, the strength and ductility of the alloys decreased greatly owing to premature fracture caused by undissolved coarse particles or local melting. Among the Mg-xAl-yZn alloys tested in this study, the AZ74 alloy showed the best tensile properties. However, from the viewpoints of the thermal stability, castability, and tensile properties, the AZ92 alloy was deemed to be the most suitable cast alloy. Moreover, the addition of a small amount (0.17 wt.%) of SiC reduced the average grain size of the AZ91 alloy significantly, from $430{\mu}m$ to $73{\mu}m$. As a result, both the strength and the elongation of the AZ91 alloy increased considerably by the grain-boundary hardening effect and the suppression of twinning behavior, respectively. On the other hand, the addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and a combined addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and SiC (0.17 wt.%) increased the average grain size of the AZ91 alloy, which resulted in a decrease in its tensile properties. The SiC-added AZ92 alloy exhibited excellent tensile properties (YS 125 MPa, UTS 282 MPa, and EL 12.3%), which were much higher than those of commercial AZ91 alloy (YS 93 MPa, UTS 192 MPa, and EL 7.0%). The fluidity of the SiC-added AZ92 alloy was slightly lower than that of the AZ91 alloy because of the expansion of the solid-liquid coexistence region in the former. However, the SiC-added AZ92 alloy showed better hot-tearing resistance than the AZ91 alloy owing to its refined grain structure.
In this study, the powders of Mg-3wt%Al-1wt%Zn-1wt%MM alloy were produced under vacuum condition by the inert gas atomization and the rapidly solidified powders were consolidated by the vacuum hot extrusion. Then the structural change of powders during extrusion was investigated. The effects of misch metal addition to AZ31 on mechanical properties of extruded bars were also examined. During extrusion of the rapidly solidified powders, their dendrite structure was broken into fragments and remained as grains of 2 ${\mu}m$ size in extruded bar. The Mg-Al-Ce intermetallic compounds formed in the interdendritic regions of powders were broken finely, too. The yield stress, tensile strength and ductility obtained in as-extruded Mg-3wt%Al-1wt%Zn-1wt%MM alloy were ${\sigma}_{0.2}=325$ MPa, ${\sigma}_{T.S.}=417$ MPa and ${\varepsilon}=16.8%$. All of these improvements on mechanical properties result from the refined micostructure and second-phase dispersions.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2011.05a
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pp.46-46
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2011
각종산업의 건축자재, 전기기기 등의 분야에서 내식성 향상용 표면처리 도금재로 가장 많이 사용되고 있는 아연과 실용금속 중 가장 가벼우면서 비강도 및 치수 안정성이 뛰어난 Mg을 사용하여 Zn-Mg의 합금 박막을 제작하였다. 여기서는 Zn, Mg 단일 박막의 밀착성과 내식성의 한계점을 극복하기 위해서 모재와 코팅층 사이에 Al을 삽입하여 (Zn-Mg)/Al 합금 박막을 형성시켰다. 또한 박막의 증착과정 중 이들 막의 제어는 바이아스 전압을 일정하게 하고 진공도를 변수로 하였고, 진공도에 따라 달라지는 쳄버내의 가스 입자가 흡착 인히비터로 작용해서 박막의 몰포로지와 결정배향성의 구조에 중요한 영향을 준다는 것을 확인하였다. 그리고 이들 박막의 내식성과 밀착성에 미치는 몰포로지나 결정배향성과의 상관관계를 규명하여 최적의 코팅 프로세스를 결정하므로써 중간층 유무별 Zn계 합금박막의 기초적인 제작설계 지침을 제공하였다.
Melt-overflow 급냉응고장치를 이용하여 두께 약 300$\mu\textrm{m}$, 폭 10mm의 Mg-Zn합급 스트립을 연속적으로 제조하였다. 또한 알루미늄을 첨가하여, 첨가원소에 따른 결정립미세화와 기계적강도에 미치는 영향을 조사하였다. 스트립의 미세응고조직은 전자현미경(TEM, SEM)과 image analyzer를 이용하여 분석하였으며, 경도시험으로 기계적특성을 평가하였다. Mg-5wt%Zn합금 스트립의 경도는 결정립크기의 제곱근에 반비례하여 급냉응고에 의한 결정립미세화 효과로 같은 조성의 일반주조 합금보다 2배 이상의 높은 경도값을 가지며, 알루미늄을 첨가함으로서 2배 정도의 결정립미세화 효과를 얻어 경도가 더욱 증가하였다. 결정입계를 따라 생성된 금속간화합물은 마그네슘화합금의 입계부식을 방지하여 우수한 내식성을 갖는다. 따라서 적절한 합금설계와 급냉응고법을 적용시키면 마그네슘합금의 취약성을 보완하며 경량성의 장점을 최대한 활용할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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