Alloying behavior of nanocrystalline Al-Ti-(Si) composite powders via mechanical alloying (MA) has been investigated, and the effect of Si on the microstructural changes during MA was discussed. The microstructures of both MA powders and extruded compacts were examined. In Al-Ti system, the solid solutionized nanocrystalline powders could be obtained by MA. On the contrary, fine Si particles were embedded as an elemental state in the matrix of Al-Ti-Si system because of the brittleness and the negligible solid solubility of Si in Al. After hot extrusion, $Al3Ti$ phase was finely precipitated in Al-10fSTi alloy, and Si particles were dissolved to form $(Al, Si)_3Ti$ phase in Al-10%Ti-2%Si alloy.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1294-1295
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2006
Various reactions and the in-situ formation of new phases can occur during the mechanical alloying process. In the present study, Al powders were strengthened by AlN, using the in-situ processing technique during mechanical alloying. Differential thermal analysis and X-ray diffraction studies were carried out in order to examine the formation behavior of AlN. It was found that the precursors of AlN were formed in the Al powders and transformed to AlN at temperatures above $600^{\circ}C$. The hot extrusion process was utilized to consolidate the composite powders. The microstructure of the extrusions was examined by SEM and TEM. In order to investigate the mechanical properties of the extrusions, compression tests and hardness measurements were carried out. It was found that the mechanical properties and the thermal stability of the Al/AlN composites were significantly greater than those of conventional Al matrix composites.
A composite of rapidly solidified Al-6061 alloy powder with graphite particle reinforcements was prepared by ball milling and subsequent hot extrusion. The microstructure and mechanical properties of these composites were investigated as a function of milling time. With increasing milling time, the gas atomized initially and spherical powders became elongated with a maximum aspect ratio after milling for 30 h. Then, refinement and spheroidization were achieved by further milling to 70 h with a homogeneous and fine dispersion of graphite particles forming between the matrix alloy layers. The best compression and wear properties were obtained in the powder milled for 70 h, associated with the increased fine and homogeneous distribution of graphite particles in the aluminum alloy matrix.
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.
NiAl based ODS (Oxide Dispersion Strengthened) intermetallic alloys have been produced by mechanical alloying (MA) process and consolidated by hot extrusion. Subsequent thermomechanical treatments have been applied to induce secondary recrystallization in an attempt to improve creep resistance in this material. The creep behavior of secondary recrystallized MA NiAl has been investigated and compared with those of as-extruded condition. Minimum creep rate were shown to be approximately two orders of magnitude lower than that in as-extruded condition. The improvement in creep resistance is believed due to the grain coarsening, restricting of dispersoid coarsening as well as increase in grain aspect ratio. Creep threshold stress behavior, below which no measurable creep rate can be detected, has been discussed on the basis of particle-dislocation interaction theory. The threshold stress becomes negligible after secondary recrystallization in MA NiAl, presumably due to dispersoid coarsening and a decrease in grain boundary area during secondary recrystallization.
The yoke, a component of conventional motor-driven power steering system, often contains welding defects from its manufacturing process. To eliminate these defects, the precision cold forging process has been tried. In this study, the double-action complex forging has been used to manufacture a torsion joint yoke. The backward extrusion proved faster than the forward extrusion in forging of the product. The double-action complex forging process utilized an upper die composed of a punch, a punch guide, a disc spring and a coil spring. The forged material pushes up the punch guide, and then the disc spring and the coil spring balances the backward extrusion force. Consequently, the flow of material was essentially in the forward direction, resulting in a successful forging operation. The forging load of Al 6061-T6 was higher than that of the automotive structural hot rolled plate.
Effects of Sc addition on microstructure, electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical properties of the as-cast and as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc (x = 0, 0.25, 0.5 wt%) alloys are investigated. The average grain size of the as-cast Al-2Zn-1Cu-0.3Mg alloy is 2,334 ㎛; however, this value drops to 914 and 529 ㎛ with addition of Sc element at 0.25 wt% and 0.5 wt%, respectively. This grain refinement is due to primary Al3Sc phase forming during solidification. The as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg alloy has a recrystallization structure consisting of almost equiaxed grains. However, the as-extruded Sc-containing alloys consist of grains that are extremely elongated in the extrusion direction. In addition, it is found that the proportion of low-angle grain boundaries below 15 degree is dominant. This is because the addition of Sc results in the formation of coherent and nano-scale Al3Sc phases during hot extrusion, inhibiting the process of recrystallization and improving the strength by pinning of dislocations and the formation of subgrain boundaries. The maximum values of the yield and tensile strength are 126 MPa and 215 MPa for the as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-0.25Sc alloy, respectively. The increase in strength is probably due to the existence of nano-scale Al3Sc precipitates and dense Al2Cu phases. Thermal conductivity of the as-cast Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc alloy is reduced to 204, 187 and 183 W/MK by additions of elemental Sc of 0, 0.25 and 0.5 wt%, respectively. On the other hand, the thermal conductivity of the as-extruded Al-2Zn-1Cu-0.3Mg-xSc alloy is about 200 W/Mk regardless of the content of Sc. This is because of the formation of coherent Al3Sc phase, which decreases Sc content and causes extremely high electrical resistivity.
Hybrid $A1_2O_3-TiC$ ceramic particle reinforced 6061 and 5083 Al composite powders were prepared by the combination of twin rolling and stone mill crushing process, followed by consolidating processes of cold compaction, degassing and hot extrusion. The composite bar consists of lamellar structure of ceramic particle rich area and matrix area, in which the hybrid was decomposed into each TiC of about $3-4\mutextrm{m}$ and $AI_2O_3$ particles of about $1-2\mutextrm{m}$ in diameter. It also found that fine $Mg_2Si$ precipitates of about 30 nm were embedded in the matrix, which have grains of about 3 $\mutextrm{m}$. Higher UTS was measured at the 5083 composite bar compared to the conventionally fabricated composite, due to again refinement effect by the rapid solidification. No particle was shown to form in the interface between the matrix and reinforcement, whereas carbon was diffused into the matrix.
Mechanical properties of the spray-cast Al 6061 alloy with variation of Mg/Si addition were investigated. After spray-cast, hot extrusion was performed at $460^{\circ}C$ then followed ageing treatment to the T6 condition. SEM, EDX, and XRD were used to characterize a ${\beta}(Mg_{2}Si)$ precipitate. The amount of ${\beta}$ precipitate was calculated from the XRD measurements. Hardness, ultimate tensile strength and elongation were tested then compared with those of the Al 6061 alloys made by ingot metallurgy (I/M) and powder metallurgy (P/M). The ultimate tensile strength and elongation of the spray-cast Al 6061 alloy were 318MPa and 16.5%, respectively. These properties were improved in the 2.2 wt%Mg and 1.3wt%Si addition up to 349MPa of UTS and 12.5% of elongation, mainly due to increased amount of a fine supersaturated ${\beta}(Mg_{2}Si)$ precipitate.
In this paper, the effect of Ni (0, 0.5 and 1.0 wt%) additions on the microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of cast and extruded Al-MM-Sb alloy is studied using field emission scanning electron microscopy, and a universal tensile testing machine. Molten aluminum alloy is maintained at 750 ℃ and then poured into a mold at 200 ℃. Aluminum alloys are hot-extruded into a rod that is 12 mm in diameter with a reduction ratio of 39:1 at 550 ℃. The addition of Ni results in the formation of Al11RE3, AlSb and Al3Ni intermetallic compounds; the area fraction of these intermetallic compounds increases with increasing Ni contents. As the amount of Ni increases, the average grain sizes of the extruded Al alloy decrease to 1359, 536, and 153 ㎛, and the high-angle grain boundary fractions increase to 8, 20, and 34 %. As the Ni content increases from 0 to 1.0 wt%, the electrical conductivity is not significantly different, with values from 57.4 to 57.1 % IACS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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