Influence of the Small Sc and Zr Additions on the As-Cast Microstructure of Al–Mg–Si Alloys with Excess Silicon

Abstract

This research is devoted to the study effects of complex alloying of Al-0.3 wt. % Mg-1 wt. % Si and Al-0.5 wt. % Mg-1.3 wt. % Si alloys by small additions of Sc and Zr on the microstructure in the as-cast condition. The effect of small additions of these elements on the microhardness, electrical conductivity, grain size and phase composition of the indicated alloy systems was studied. The methods of optical and electron microscopy were used for the study. Moreover, the phase composition was calculated using the Thermo-Calc software package. The study showed a strong effect of the chemical composition of investigated alloys on the size of the grains, which, with a certain combination of additives, can decrease several times. Grain refinement occurs both due to supercooling and formation of primary Al3Sc particles in the liquid phase. Alloys based on Al-0.5 wt. % Mg-1.3 wt. % Si are more prone to the formation of this phase since a lower concentration of Sc is required for it to occur. In addition, more silicon interacts with other elements. At the same time, Al-0.3 wt. % Mg-1 wt. % Si requires lower temperature for complete dissolution of Mg2Si, which can contribute to more efficient heat treatment, which includes reducing the number of steps. TEM data show that during ingot cooling (AlSi)3ScZr dispersoid precipitates. This dispersoid could precipitate as coherent and semi-coherent particles with L12 structure as well as needle-shaped particles. The precipitation of coherent and semi-coherent particles during cooling of the ingot indicates that they can be obtained during subsequent multistage heat treatment. In addition, in the Al0.5Mg1.3Si0.3Sc alloy, metastable β″ (Mg5Si6) are precipitated.

The Influence of Alloying Elements on the Microstructure and Properties of Al-Si-Based Casting Alloys: A Review

“…Scandium has also shown a certain refinement effect in Al-Si-Mg alloys, though not as effective as that of Ti. Its main mechanism consists of heterogeneous nucleation by the formation of the Al 3 Sc phase [83][84][85]. In an Al-7Si-0.25Mg alloy with 0.05% Sr and 0.36% Al-5Ti-1B, the addition of Sc in concentrations of 200-800 ppm resulted in a continuous increase of hardness and strength due to microstructural refinement [86].…”

Study of evolution of microstructure and mechanical properties in aluminum alloy 1570 with the addition of 0.5 % hafnium

“…Было установлено, что легирование данного сплава 0,5 % гафния способствует модификации литой структуры, а также приводит к полному прекращению прерывистого распада пересыщенного скандием алюминиевого раствора [32,33]. Стоит отметить, что прерывистый распад при остывании слитка представляет собой негативный процесс, в ходе которого формируются иглообразные выделения Al 3 Sc [34][35][36]. Эти частицы, как правило, являются полукогерентными алюминиевой матрице и не вносят такого большого вклада в упрочнение, как равноосные дисперсные фазы, образующиеся при термической обработке.…”

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СПЛАВЫ СИСТЕМЫ Al–Mg–Si С ИЗБЫТКОМ КРЕМНИЯ, ЛЕГИРОВАННЫЕ НЕБОЛЬШИМИ СКАНДИЙ-ЦИРКОНИЕВЫМИ ДОБАВКАМИ

“…Необходимо отметить, что в частицах практически отсутствует цирконий (рис.3в,г), однако обнаружены более крупные частицы типа Al 3 Zr (рис.3д,е). Примечательно, что они не имеют в своем составе кремний, это может говорить о том, что он уже израсходован на формирование как упрочняющих частиц (AlSi) 3 Sc, так и крупных первичных интерметаллидных частиц типа (AlSi) 3 Sc, обнаруженных в данных сплавах в литом состоянии [15]. Еще одно из возможных объяснений заключается в том, что фаза Al 3 Zr является метастабильной [19]…”