High- and low-cycle fatigue influence of silicon, copper, strontium and iron on hypo-eutectic Al–Si–Cu and Al–Si–Mg cast alloys used in cylinder heads

Huter, Patrik; Renhart, Philipp; Oberfrank, Stefan; Schwab, Martin E.; Grün, Florian; Stauder, Bernhard

doi:10.1016/j.ijfatigue.2015.09.015

Cited by 47 publications

(29 citation statements)

References 50 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Bu problemler, araştırmacıları özgül mukavemetlerini etkilemeden, dökümlerinde çekirdeklenmeyi artırma [9], [20] veya tane küçültme [21], [22], dendirit kol mesafesini azaltma [23], [24], ötektik silisyum parçacıklarının şeklini ve dağılımlarını değiştirme [8], [25] veya katı çözünürlük [26], [27] sergileyen elementler kullanma yoluyla Al-Si esaslı alaşımların yapısal veya mekanik özelliklerini iyileştirme yönünde çalışmalar yapmaya yöneltmiştir. Bu çalışmalardan elde edilen bulgularda stronsiyumun (Sr) ötektik silisyum parçacıklarını modifiye ederek, magnezyumun (Mg) ise katı çözünürlük sergileyerek ötektik altı ve yakın ötektik bileşim esaslı Al-Si alaşımlarının hem yapısal hem de sertlik ve mekanik özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür [12], [22], [24], [25], [28], [29]. Diğer taraftan, Sr ve Mg katkılarının belli oranları aşması durumunda söz konusu Al-Si alaşımlarının içyapısında sırasıyla Al4Sr ve Mg2Si gibi bileşiklerin oluşmasına yol açtığı ve genellikle dendiritler arası bölgelerde oluşan bu fazların bazı durumlarda yapıda çatlak oluşumunu ve ilerlemesini kolaylaştırdığı için mukavemeti düşürdüğü ortaya konulmuştur [21].…”

Section: Introductionunclassified

“…Al-Si esaslı alaşımların özelliklerine Sr ve Mg katkılarının [30] etkilerinin incelendiği bir çalışmada Al4Sr fazının %0,1 ve daha yüksek Sr, Mg2Si fazının ise %0,6 ve daha yüksek Mg katkılarından sonra oluştuğu görülmüştür. Literatürde, Al-Si alaşımlarının içyapı ve mekanik özelliklerine yukarıda belirtilen oranlarda veya bu oranlara yakın değerlerdeki Sr ve Mg katkılarının etkisinin incelendiği çalışmalar ötektik altı veya ötektik bileşime yakın alaşımlarla sınırlı kalmıştır [2], [12], [24], [27]- [29]. Bir başka deyişle, söz konusu oranlardaki Sr ve Mg katkılarının ötektik üstü Al-Si alaşımlarının yapısal ve mekanik özelliklerine etkilerinin incelendiği bir çalışma bulunmamaktadır.…”

Section: Introductionunclassified

See 1 more Smart Citation

Effect of Strontium and Strontium-Magnesium Additions on the Microstructure and Mechanical Properties of Hypereutectic Al-17Si Alloy

Hekìmoğlu¹,

Ayata²

2019

Pamukkale J Eng Sci

View full text Add to dashboard Cite

6Mg alaşımları kokil kalıba döküm yöntemi ile üretilmiştir. Alaşımların yapısal ve mekanik özellikleri üretilen alaşım külçelerinden talaşlı imalat yöntemiyle hazırlanan numuneler üzerinde yapılan incelemeler ile belirlenmiştir. İçyapı incelemeleri standart metalografik yöntemler ile hazırlanan ancak dağlama yapılmayan numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. İncelenen alaşımların sertlik değerleri Brinell sertlik ölçüm yöntemi, mekanik özelikleri ise üniversal bir çekme deneyi makinesinde yapılan testler yardımıyla belirlenmiştir. İkili Al-17Si alaşımının içyapısının alüminyumca zengin α dendiritleri, primer silisyum, ötektik Al-Si ve β fazlarından oluştuğu, üçlü Al-17Si-0.1Sr alaşımının içyapısının ise ikili Al-17Si alaşımındaki fazlara ek olarak AlxSiySrz fazını içerdiği görülmüştür. Üçlü Al-17Si-0.1Sr alaşımına %0.6 oranında yapılan magnezyum katkısının ise bu alaşımın içyapısında Mg2Si fazının oluşmasına yol açtığı gözlenmiştir. Al-17Si alaşımının sertlik, akma dayanımı, çekme dayanımı ve kopma uzaması değerleri sırasıyla 57 BSD, 93.7 MPa, 127.6 MPa ve %2.4,1Sr alaşımında 55 BSD, 95.2 MPa, 137.9 MPa ve %2.9, Al-17Si-0.1Sr-0.6Mg alaşımında ise sırasıyla 70 BSD, 123.2 MPa, 141.1 MPa ve %1.1 olarak ölçülmüştür. Stronsiyum katkısının ikili Al-17Si alaşımının sertliğini çok az da olsa düşürdüğü, akma ve çekme dayanımı ile kopma uzaması değerlerini ise iyileştirdiği görülmüştür. Magnezyum katkısının ise üçlü Al-17Si-0.1Sr alaşımının akma ve çekme mukavemetini önemli ölçüde artırdığı ancak, kopma uzamasını azalttığı belirlenmiştir. Stronsiyum ve stronsiyum-magnezyum katkılarının Al-17Si alaşımının mekanik özelliklerine etkisi alaşımların yapısal özelliklerine dayandırılarak açıklanmıştır. 6Mg alloys were produced by permanent mold casting method. The structural and mechanical properties of the alloys were determined by the investigations carried out on specimens prepared by machining of the produced alloy ingots. The microstructural examinations were carried out on specimens prepared by standard metallographic methods but without etching. Their hardness and mechanical properties were determined by Brinell hardness measurement method and universal tensile tests, respectively. The microstructure of the binary Al-17Si alloy consisted of aluminum-rich α dendrites, primary silicon, eutectic Al-Si and βphases. Ternary Al-17Si-0.1Sr alloy contained AlxSiySrz phase in addition to phases in the binary Al-17Si alloy. It was observed that the 0.6% magnesium addition to the ternary Al-17Si-0.1Sr alloy cause to form of Mg2Si phase in the microstructure of this alloy. The values of the hardness, yield strength, tensile strength and elongation to fracture of Al-17Si alloy were measured as 57 BSD, 93.7 MPa, 127.6 MPa and 2.4%, respectively. These values were measured as 55 BSD, 95.2 MPa, 123.2 MPa, alloy. The addition of strontium reduced the hardness of the binary Al-7Si alloy to a lesser degree but improved the yield and tensile strength and elongation to fracture values. Magnesium addition significantly increased the yield...

show abstract

Section: Introductionunclassified

Effect of Strontium and Strontium-Magnesium Additions on the Microstructure and Mechanical Properties of Hypereutectic Al-17Si Alloy

Hekìmoğlu¹,

Ayata²

2019

Pamukkale J Eng Sci

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…1 As new generation of engines require that cylinder heads work in a severely complex thermo-mechanical stress state, which combines with complex mechanical loading and rapid temperature fluctuations, thermo-mechanical fatigue (TMF) tests are introduced into the standard design process of new engines for high efficiency, high power, and small size. [2][3][4][5][6][7] Cast iron shows negligible creep behaviour below 500°C. 8 Since the working temperature of gasoline engine is usually below 300°C, 9,10 the traditional iron cast engine is not sensitive to the rise of temperature because of combustion.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Experimental and theoretical studies on thermo‐mechanical fatigue test for aluminium cast alloy

Zhang

Wang

Han³

et al. 2019

Fatigue Fract Eng Mat Struct

View full text Add to dashboard Cite

Evaluation of the thermo‐mechanical behaviour and prediction of the service life of cast aluminium alloys are important for the design of automobile engine cylinder heads. In this study, cast Al alloy specimens are extracted from cylinder heads and subjected to in‐phase thermo‐mechanical cyclic loading. The hysteresis curves related to stress and strain were recorded under the individual thermo‐mechanical loading conditions. The number cycles to failure corresponding to multiple mechanical strain and temperature ranges were obtained. It is found that the cyclic stress amplitude decreases and the cyclic softening rate increases with increasing maximum temperature rise. A modified fatigue‐creep model based on energy conservation has been developed for prediction of the fatigue life of cylinder heads. The proposed method shows good agreement with the well‐established Ostergren model and low standard deviations. In summary, the proposed method described in this study provides an option for prediction of the thermo‐mechanical behaviour of metals.

show abstract

“…Numerous studies have shown that fatigue properties of conventional casting Al-alloys are very sensitive to casting defects and in most case both crack initiation lifetime and crack propagation lifetime are controlled by defects [5,[10][11][12][13], secondary dendrite arm spacing (SDAS) values [5], as well as the presence of Fe-rich intermetallic phases (the Chinese-script-like α-Al 15 (Fe,Mn) 3 Si 2 phase and needle-like β-Al 5 FeSi phase) [14][15][16].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The effect of porosity on fatigue life has been summarized as follows: pores reduce the time for crack initiation by creating a high stress concentration in the material adjacent to the pores; because of this, most of the fatigue life is spent in crack growth. Porosity has been classified according to the importance of crack initiation as follows: a single shrinkage pore close to or at the surface is considered the most critical, whereas a gas pore at the surface is considered the least critical [5,[10][11][12][13][14][15][16][17].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Study of Bending Fatigue Properties of Al-Si Cast Alloy

Tillová¹,

Závodská²,

Kuchariková³

et al. 2017

Archives of Metallurgy and Materials

View full text Add to dashboard Cite

Fatigue properties of casting Al-alloys are very sensitive to the microstructural features of the alloy (e.g. size and morphology of the eutectic Si, secondary dendrite arm spacing -SDAS, intermetallics, grain size) and casting defects (porosity and oxides). Experimental study of bending fatigue properties of secondary cast alloys have shown that: fatigue tests up to 10 6 -10 7 cycles show mean fatigue limits of approx. 30-49 MPa (AlSi9Cu3 alloy -as cast state), approx. 65-76 MPa (AlSi9Cu3 alloy after solution treatment) and 60-70 MPa (self-hardened AlZn10Si8Mg alloy) in the tested casting condition; whenever large pore is present at or near the specimen's surface, it will be the dominant cause of fatigue crack initiation; in the absence of large casting defects, the influence of microstructural features (Si morphology; Fe-rich phases) on the fatigue performance becomes more pronounced.

show abstract

High- and low-cycle fatigue influence of silicon, copper, strontium and iron on hypo-eutectic Al–Si–Cu and Al–Si–Mg cast alloys used in cylinder heads

Cited by 47 publications

References 50 publications

Effect of Strontium and Strontium-Magnesium Additions on the Microstructure and Mechanical Properties of Hypereutectic Al-17Si Alloy

Effect of Strontium and Strontium-Magnesium Additions on the Microstructure and Mechanical Properties of Hypereutectic Al-17Si Alloy

Experimental and theoretical studies on thermo‐mechanical fatigue test for aluminium cast alloy

Study of Bending Fatigue Properties of Al-Si Cast Alloy

Contact Info

Product

Resources

About