Effect of Fe and Mn contents on the castability of Al-4wt%Mg-0.9wt%Si system alloy has been studied. According to the analysis of cooling curve for Al-4wt%Mg-0.9wt%Si-0.3wt%Fe-0.3/0.5wt%Mn alloy, ${\alpha}-Al_{15}(Fe,Mn)_3Si_2$ and ${\beta}-Al_5FeSi$ phases crystallized above eutectic temperature of $Mg_2Si$. Therefore, these phases affected both the fluidity and shrinkage behaviors of the alloy during solidification. As Fe and Mn contents of Al-4wt%Mg-0.9wt%Si system alloy increased from 0.1 wt% to 0.4 wt% and from 0.3 wt% to 0.5 wt% respectively, the fluidity of the alloy decreased by 26% and 33%. When Fe content of the alloy increased from 0.1 wt% to 0.4 wt%, 23% decrease of macro shrinkage and 19% increase of micro shrinkage appeared. Similarly, Mn content of the alloy increased from 0.3 wt% to 0.5 wt%, 11% decrease of macro shrinkage and 14% increase of micro shrinkage appeared. Judging from the castability of the alloy, Al-4wt%Mg-0.9wt%Si alloy with low content of Fe and Mn, 0.1 wt% Fe and 0.3 wt% Mn, is recommendable.
Effect of Fe and Mn contents on the tensile properties has been studied in Al-9wt%Si-0.3wt%Mg alloy. As Fe content of Al-9wt%Si-0.3wt%Mg-0.5wt%Mn alloy increased from 0.15wt% to 0.45wt%, tensile strength of as-cast alloy decreased from 192 MPa to 174 MPa, and elongation of the alloy also decreased from 4.8% to 4.2%. Decrease of these properties can be explained as the formation of plate shape, ${\beta}-Al_5FeSi$ phase with high Fe/Mn ratio of the alloy. However when Mn content of Al-9wt%Si-0.3wt%Mg-0.45wt%Fe alloy increased from 0.3wt% to 0.5wt%, tensile strength of T6 aged alloy increased from 265 MPa to 275 MPa, and elongation of the alloy increased from 2.3% to 3.6%. These improvements attribute to chinese script, ${\alpha}-Al_{15}(Mn,Fe)_3Si_2$ phase shape-modified from ${\beta}-Al_5FeSi$ phase with low Fe/Mn ratio of the alloy.
Effect of Fe and Mn contents on the tensile properties of Al-4 wt%Mg-0.9 wt%Si alloy system has been studied. Common phases of Al-4 wt%Mg-0.9 wt%Si alloy system were ${\alpha}$-Al, $Mg_2Si$, ${\alpha}-Al_{12}(Fe,Mn)_3Si$ and ${\beta}-Al_5FeSi$. As Fe content of Al-4 wt%Mg-0.9 wt%Si alloy system increased from 0.15 wt% to above 0.3 wt%, ${\beta}-Al_5FeSi$ compound appeared. When Mn content of the alloy increased from 0.3 wt% to 0.5 wt%, morphology of plate shaped ${\beta}-Al_5FeSi$ compound changed to chinese script ${\alpha}-Al_{12}(Fe,Mn)_3Si$. As Fe content of Al-4 wt%Mg-0.9 wt%Si-0.3 wt%Mn alloy increased from 0.15 wt% to 0.4 wt%, tensile strength of the as-cast alloy decreased from 191 MPa to 183 MPa and, elongation of the alloy also decreased from 8.0% to 6.2%. Decrease of these properties can be explained as the formation of plate shape, ${\beta}-Al_5FeSi$ phase with low Mn/Fe ratio of the alloy. However, when Mn content of Al-4 wt%Mg-0.9 wt%Si-0.3 wt%Fe alloy increased from 0.3 wt% to 0.5 wt%, tensile strength of as-cast alloy increased from 181 MPa to 194 MPa and, elongation of the alloy increased from 6.8% to 7.0%. These improvements attribute to the morphology change from ${\beta}-Al_5FeSi$ phase to chinese script, ${\alpha}-Al_{15}(Fe,Mn)_3Si_2$ phase shape-modified from with high Mn/Fe ratio of the alloy.
Effect of reaction time and sludge formation on the thickness of die soldering reaction layer has been studied in Al-9Si-0.3Mg casting alloy. Ternary ${\alpha}_{bcc}-Al_8Fe_2Si$ and ${\alpha}_{hcp}-Al_8Fe_2Si$ intermetallic compounds formed at the interface of SKD61 tool steel by interaction diffusion of Al, Fe and Si atoms after 0.5hr and 6hr immersion time, respectively. Binary ${\eta}-Fe_2Al_5$ additionally formed at the interface of SKD61 tool steel after 10hr immersion time. Thickness of soldering reaction layer in die surface increased as immersion time increased from 0.5hr to 24hr. Sludge formation was ascertained in the samples which were immersed in the melts more than 10hr. Reaction of die soldering after sludge formation was more accelerated than that of before sludge formation due to a decrease in Fe content, followed by higher diffusion rate of Al in the melt by sludge formation.
Effect of iron and manganese contents on die soldering reaction has been studied in Al-9wt.%Si-0.3wt.%Mg alloy. Ternary ${\alpha}_{hcp}-Al_8Fe_2Si$ and ${\alpha}_{bcc}-Al_8Fe_2Si$ intermetallic compounds formed by interaction diffusion between Al-Si-Mg system alloy melt and SKD61 die steel surface. Thickness of soldering reaction layer in die steel surface decreased as Fe and Mn contents of the melts increased : When Fe content of Al-9wt.%Si-0.3wt.%Mg melts at constant 0.5wt%Mn content was 0.15wt.%, 0.45wt.% and 0.6wt.%, thickness of soldered layer of each alloy was $64.5{\mu}m,\;57.3{\mu}m$ and $46.9{\mu}m$ respectively. For Mn content of the alloy melts at constant 0.45wt.%Fe content was 0.30wt.%, 0.50wt.% and 0.70wt.%, thickness of soldered layer of each alloy was $66.1{\mu}m,\;57.3{\mu}m$ and $48.3{\mu}m$ respectively.
The effects of Sc and Sr elements on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase and the castability were investigated in the Al-4wt%Mg-0.9wt%Si-0.3wt%Mn-0.15wt%Fe alloy. Measurements of the cooling curve and microstructure observations were performed to analyze the additional effects of Sc and Sr minor elements during the solidification process. A prominent effect found on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase with additions of the Sr and Sc elements. Here, a fine eutectic $Mg_2Si$ phase and a decrease in the growth temperature of the eutectic $Mg_2Si$ phase were evident with an addition of Sc element up to 0.2 wt%. The growth temperature of the eutectic $Mg_2Si$ phase decreased and the effect on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase increased with the addition of Sr element up to 0.02 wt%. The addition of 0.02wt%Sr had the strongest effect on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase, and the resulting microstructure of the eutectic $Mg_2Si$ phase was found to have a fibrous morphology with a decreased aspect ratio and an increased modification ratio. Fluidity and shrinkage tests were conducted to evaluate the castability of the alloy. The addition of 0.02wt%Sr effectively increased the fluidity of the alloy, while an addition of Sc did not show any effect compared to when nothing was added. The maximum filling length was recorded for 0.01wt%TiB-0.02wt%Sr owing to the effect of the fine ${\alpha}$-Al grains. The macro-shrinkage ratio decreased, while the micro-shrinkage ratio increased with the addition of various eutectic modifiers. The highest ratio of micro-shrinkage was recorded for the 0.02wt%Sr condition. However, the total shrinkage ratio was nearly identical regardless of the amounts added in this study.
The effects of Ti, B and Zr on grain refinement and castability were investigated in Al-4wt%Mg-0.9wt%Si-0.3wt%Mn-0.15wt%Fe alloy. Measurement of cooling curve and micro-structure observation were performed to analyze the effects of the addition of minor elements Ti, B and Zr during solidification. The prominence of effect on grain refinement was in increasing order for Ti, Zr and B element. Fine grain size and an increase of the crystallization temperature for ${\alpha}$-Al solution were evident as the amount of addition elements increased in this study. Addition of 0.15wt% Ti was most effective for grain refinement, and the resulting grain size of ${\alpha}$-Al solution for shell mold and steel mold were $72.3{\mu}m$ and $23.5{\mu}m$, respectively. Fluidity and shrinkage tests were perform to evaluate the castability of the alloy. Maximum fluidity length and minimum ratio of micro shrinkage were recorded for 0.15wt% Ti addition due to the effect of the finest grain size.
In this study, the effects of two different casting methods (gravity casting and, diecasting) and various solid-solution conditions on the mechanical properties of ASC (Al-10.5wt%Si-1.75wt%Cu) and ALDC12 (Al-10.3wt%Si-1.72wt%Cu-0.76wt%Fe-0.28wt% Mn-0.32wt%Mg-0.9wt%Zn) alloys were investigated. A thermodynamic solidification analysis program (PANDAT) was used to predict the liquidus, solidus, and phases of the used alloys. In the results of an XRD analysis, ${\beta}$-AlFeSi peaks were observed only in the ALDC12 alloy regardless of the casting method or SST (solid-solution treatment) conditions. However, according to the results of a FE-SEM observation, both ${\theta}(Al_2Cu)$ and ${\beta}$-AlFeSi were found to exist besides ${\alpha}$-Al and eutectic Si in the gravity-casted ASC alloy at $500^{\circ}C$ after a SST of 120min. The ${\alpha}$-AlFeSi and ${\beta}$-AlFeSi phases including the eutectic phases were also found to exist in the ALDC12 alloy. The results of a microstructural observation and analyses by XRD, FE-SEM and EDS were in good agreement with the PANDAT results. The gravity-casted ALDC12 and ASC specimens showed the highest Y.S. and UTS values after aging for three hours at $180^{\circ}C$ after a SST at $500^{\circ}C$ for 30min. At longer solid-solution treatment times at $500^{\circ}C$ in the gravity-casted ALDC12 and ASC specimens, the elongations of the ASC alloys increased, whereas they decreased slightly in the ALDC12 alloys.
Kim, Sang-Hoon;Moon, Byoung-Gi;You, Bong-Sun;Park, Sung-Hyuk
Journal of Korea Foundry Society
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v.37
no.6
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pp.207-216
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2017
This study investigated the effects of the addition of Zn, Ca, and SiC on the microstructure and mechanical properties of Mg-Al alloys. The tensile properties of homogenized Mg-xAl (x = 6, 7, 8, and 9 wt.%) alloys increased with increasing Zn content by the solid-solution strengthening effect. However, when the added Zn content exceeded the solubility limit, the strength and ductility of the alloys decreased greatly owing to premature fracture caused by undissolved coarse particles or local melting. Among the Mg-xAl-yZn alloys tested in this study, the AZ74 alloy showed the best tensile properties. However, from the viewpoints of the thermal stability, castability, and tensile properties, the AZ92 alloy was deemed to be the most suitable cast alloy. Moreover, the addition of a small amount (0.17 wt.%) of SiC reduced the average grain size of the AZ91 alloy significantly, from $430{\mu}m$ to $73{\mu}m$. As a result, both the strength and the elongation of the AZ91 alloy increased considerably by the grain-boundary hardening effect and the suppression of twinning behavior, respectively. On the other hand, the addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and a combined addition of Ca (0.5-1.5 wt.%) and SiC (0.17 wt.%) increased the average grain size of the AZ91 alloy, which resulted in a decrease in its tensile properties. The SiC-added AZ92 alloy exhibited excellent tensile properties (YS 125 MPa, UTS 282 MPa, and EL 12.3%), which were much higher than those of commercial AZ91 alloy (YS 93 MPa, UTS 192 MPa, and EL 7.0%). The fluidity of the SiC-added AZ92 alloy was slightly lower than that of the AZ91 alloy because of the expansion of the solid-liquid coexistence region in the former. However, the SiC-added AZ92 alloy showed better hot-tearing resistance than the AZ91 alloy owing to its refined grain structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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