Production of AA2124/MoSi₂/25p composites and effect of heat treatment on their microstructure, hardness and compression properties

Abstract

AA2124/25vol%MoSi 2 composites were processed by two powder metallurgy routes: high energy ball milling of the reinforcement and alloy powder (B composite) and wet blending with cyclohexane (W composite), both followed by extrusion to achieve full consolidation. As-extruded and heat treated composite bars were studied microstructurally and mechanically (hardness and compression tests under quasistatic loading). Microstructure and fracture profiles were observed by scanning electron microscopy and the reaction products formed in the matrix were identified by energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction analysis. The results show that for both composites, the hardness of the specimens in solution and aged condition was higher than in the as-extruded condition. The hardness of the B composite was higher than that of the W composite whereas the age-hardenability of the B composite was significantly lower than that of the W composite. After heat treatments, small diffusion reaction phases appeared at the interface between matrix and reinforcements. Compressive yield strength and the ultimate strength of both composites improved considerably after the artificial ageing. The composite fracture surfaces exhibited microscopically a ductile appearance that consisted of dimples in the matrix and a fragile fracture of the MoSi 2 particulates. RESUMEN: Producción de materiales compuestos AA2124/MoSi2/25p y efecto del tratamiento térmico sobre su microestructura, dureza y propiedades a compresión. En este trabajo se procesaron materiales compuestos AA2124/25vol% MoSi 2 mediante dos rutas pulvimetalúrgicas: mezcla de refuerzo y matriz mediante molino de bolas de alta energía (compuesto B) y mezcla húmeda con ciclohexano (compuesto W). Ambos polvos compuestos se consolidaron por extrusión. Los materiales recién extruidos y después de tratados térmicamente se estudiaron desde el punto de vista microestructural y mecánico (dureza y compresión bajo carga cuasiestática). Las microestructuras y los perfiles de fractura se observaron por microscopía electrónica de barrido y los productos de reacción formados en la matriz se identificaron por espectroscopía de dispersión de energía de rayos X y por difractometría de rayos X. Los resultados indican que para ambos materiales la dureza es mayor después de los tratamientos térmicos. Por otro lado, la dureza del material compuesto B es mayor que la del W, mientras que la capacidad de endurecer de B es mucho menor que la de W. Después de los tratamientos térmicos aparecen pequeñas cantidades de fases de reacción entre la matriz y el refuerzo. La resistencia a compresión de ambos materiales compuestos mejora considerablemente a consecuencia del envejecimiento artificial. Las superficies de fractura exhiben una apariencia dúctil, con formación de cúpulas en la matriz y fractura frágil de las partículas de MoSi 2 .

Processing, microstructure, properties, and applications of MoSi2-containing composites: a review

“…Some challenges faced during the heat treatment of MoSi 2containing composites are the formation of undesirable phases or excessive oxidation of MoSi 2 that may deteriorate the composites' integrity and properties. Accordingly, some authors have focused on process temperature, residence time, and atmosphere as critical heat treatment parameters (Zeng et al, 2002;Zamani et al, 2012;Niu et al, 2013;Abdollah-Pour et al, 2014).…”