The Casting Rate Impact on the Microstructure in Al–Mg–Si Alloy with Silicon Excess and Small Zr, Sc Additives

Abstract

The study investigates the effect of casting speed on the solidification microstructure of the aluminum alloy Al0.3Mg1Si with and without the additions of zirconium and scandium. Casting was carried out in steel, copper, and water-cooled chill molds with a crystallization rate of 20 °C/s, 10 °C/s, and 30 °C/s, respectively. For each casting mode, the grain structure was investigated by optical microscopy and the intermetallic particles were investigated by scanning and transmission microscopy; in addition, measurements of the microhardness and the electrical conductivity were carried out. An increase in the solidification rate promotes grain refinement in both alloys. At the same time, the ingot cooling rate differently affects the number of intermetallic particles. In an alloy without scandium–zirconium additives, an increase in the ingot cooling rate leads to a decrease in the number of dispersoids due to an increase in the solubility of the alloying elements in a supersaturated solid solution. With the addition of scandium and zirconium, the amount of dispersoids increases slightly. This is because increasing the solubility of the alloying elements in a supersaturated solid solution is leveled by a growth of the number of grain boundaries, promoting the formation of particles of the (AlSi)3ScZr type, including those of the L12 type. In addition, the increase in the crystallization rate increases the number of primary nonequilibrium intermetallic particles which have a eutectic nature.

Исследование Влияния Многоступенчатой Термической Обработки На Формирование Микроструктуры В Авиалях С Избытком Кремния И Добавками Скандия И Циркония

“…Рисунок 1 -Результаты электронной сканирующей микроскопии в литом состоянии для сплава 0,6Mg1Si0,3Sc0,15Zr [23]. Учитывая ранее построенную в Thermo-Calc [17] фазовую диаграмму, при которой β (Mg2Si) начинают формироваться при температурах 450-500 ºС, можно предположить их образование при остывании слитка после литья, а не в процессе кристаллизации. Отжиг при температуре 440 ºС с выдержкой 8 часов сплава 0,6Mg1Si0,3Sc0,15Zr приводит к распаду пересыщенного твердого раствора с образованием фаз: Al3(Sc, Zr) (L12), Al3Zr (D023) (рисунок 4).…”

“…Тем не менее, упрочняющие частицы типа Al3Sc или близкие к ним (AlSi)3Sc обнаруживали даже в cплавах с большим избытком кремния [14 -17]. Например, когерентные частицы типа (AlSi)3ScZr были обнаружены в сплавах с соотношением Mg/Si = 0,3 в литом состоянии [17]. Это говорит о возможности получения данных частиц при последующей термической обработке.…”