Interest in rapid solidification of magnesium alloys stems from the fact that conventional ingot metallurgy alloys exhibit poor strength, ductility, and corrosion resistance. Such properties can be improved by microstructural refinement via rapid solidification processing. In this study, Mg-Zn alloys have been produced as continuous strips by melt overflow technique. In order to evaluate the influence of additional elements on the grain refinement and mechanical properties, Th and Zr were added in rapidly solidified Mg-5wt%Zn alloy. Then the microstructual observations were undertaken with the objective of evaluating the grain refinement as function of the cooling rate and the additional elements. The tremendous increase in hardness of Mg-Zn base alloys was mainly due to the refinement of the grain structure by the effect of rapid solidification and alloying elements. The formation of intermetallic phases on the grain boundaries may have a positive effect on the corroion resistance. Therefore, despite competition from many other developments, the rapid solidification processing of magnesium alloys emerges as a valuable method to develop superior and commercially acceptable magnesium alloys.
A mathematical model has been developed for predicting kinematic, thermal, and solidification histories of atomized droplets during flight. Liquid droplet convective cooling, recalescence, equilibrium-state solidification, and solid-phase cooling were taken into account in the analysis of the solidification process. The spherical shell model was adopted where the heterogeneous nucleation is initiated from the whole surface of a droplet. The growth rate of the solid-liquid interface was determined from the theory of crystal growth kinetics with undercooling caused by the rapid solidification. The solid fraction after recalescence was obtained by using the integral method. The thermal responses of atomized droplets to gas velocity, particle size variation, and degree of undercooling were investigated through the parametric studies. It is possible to evaluate the solid fraction of the droplet according to flight distance and time in terms of a dimensionless parameter derived from the overall energy balance of the system. It is also found that the solid fraction at the end of recalescence is not dependent on the droplet size and nozzle exit velocity but on the degree of subcooling.
Al-Li alloy has a high strength with low density. Practically this alloy should use by the material which made from the rapid solidification. Therefore we examine the solidification structures of alloy with cooling rate. According to cooling rate increased, grain size and secondary dendrite arm spacing were smaller. Also grain size was further smaller by Zr added. To obtain more fine solidification structure, rapid solidification by single roll melt spinning was performed. According to higher wheel speed, cooling rate increased and cell size was smaller. Because of locally different cooling rate, different cell size was obtained in same specimen. More than cooling rate $10^6^{\circ}C$ /sec, zone A(insensible zone to corrosion)was obtained.
The effects of rapid solidification and Cr addition to the microstructure variations of the rapid solidified Ti-48Al-xCr(X = 2,4,6) alloys have been investigated using X-ray diffractometry, optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The segregated coarse ${\gamma}$ phase was eliminated and the microstructure was refined by rapid solidification of the cooling rate of $10^4-10^6\;^{\circ}C/sec$. The lattice parameters and tetragonality of ${\gamma}$ phase decrease with the increase Cr content and by the rapid solidification. Non-equilibrium phase ${\alpha}$ remains at room temperature condition, which would be resulted from the restriction of phase transformation ${\alpha}$ to ${\alpha}_2+{\gamma}$.
In spite of the fact that magnesium has low density and good machinability, its applications are restricted as a structural engineering material because of the poor strength, ductility, and corrosion resistance of the conventional ingot metallurgy alloys. Such properties can be improved by microstructural refinement via rapid solidification processing. In this study, Mg-5wt%Zn alloys have been produced as continuous strips by the melt overflow technique. In order to evaluate the influence of the cooling rate on the grain refinement and mechanical properties, seven different thickness strips were produced by means of controlling the speed of the cooling wheel. Then the microstructual observations were undertaken with the objective of evaluating the grain refinement as function of the cooling rate. The tremendous increase in hardness of Mg-Zn alloy was mainly due to the refinement of the grain structure by the effect of rapid solidification. The formation of intermetallic phases on the grain boundaries may have a positive effect on the corroion resistance. Therefore, despite competition from many other developments, the rapid solidification process emerges as a valuable method to develop superior and commercially acceptable magnesium alloys.
The light Mg alloys bearing the remarkably high strength, corrosion resistance and elevated temperature stability stand on the center of interest. The accomplishment so far is, however, only by alloy modification without any consideration on the rapid solidification effect. This work is to report not only the effect of rapid solidification of $MgZn_{4.3}Y_{0.7}$ alloy powders, but the extrusion behavior on the materials properties. The average grain size of the atomized powders was about $3-4{\mu}m$. The extrusion was carried out with the area reduction ratio of 10:1 to 15:1. As the ratio increased, homogeneous microstructure was obtained, and the mechanical properties such as tensile strength and elongation were simultaneously increased.
Interest in rapid solidification of magnesium alloys stems from the fact that conventional ingot metallurgy alloys exhibit poor strength, ductility, and corrosion resistance. Such properties can be improved by microstructural refinement via rapid solidification processing. Mg-5wt%Zn alloys have been produced as continuous strips by melt overflow technique and the strips were consolidated by hot extrusion. The yield stress, tensile strengh and ductility obtained in asextruded Mg-5wt%Zn alloy were ${\sigma}_{0.2}=152\;MPa$, ${\sigma}_{T.S{\cdot}}=263\;MPa$ and ${\varepsilon}=21.8%$. In order to evaluate the influence of additional elements on mechanical properties, Th and Zr were added in rapidly solidified Mg-5wt%Zn alloy. An 130% increase in yield stress of as-extruded Mg-5wt%Zn-3wt%Th-1wt%Zr alloy was attributed to grain refinement by rapid solidification and elemental addition.
Al-Si alloy powder produced by the gas atomizer showed fine eutectic structure between ${\alpha}-dendrites$, that was grown by coupled growth, and there remained small amount of ${\alpha}$ in Al - 20 wt% Si alloy. The morphology of Si in the eutectic structure was largely influenced by the recalescence caused by solidification latent heat, and that was thought to be due to decrement of the surface energy of Si. In modified eutectic Si by rapid solidification, fine twin about $0.01\;{\mu}m$ was observed and growth direction of eutectic Si was <112>. This fact implied that the growth mechanism of eutectic Si in rapid solidification was related to TPRE mechanism. Due to rapid solidification Si was soluble in ${\alpha}-phase$ in Al - 12.6wt%Si alloy up to about 3.4wt%, and the solubility of Si in ${\alpha}-phase$ reaches the equilibrium solubility stare after 60min, holding when it was held isothermally at $253-296^{\circ}C$.
To predict and evaluate metallurgical and mechanical behavior of th welds, it is essential to understand solidification behavior and microstructural evolution experienced in the welds, neither of which follows the equilibrium phase diagram because of rapid heating and cooling conditions. Metallurgical phenomena in austenitic stainless steel fusion welds, types 304, 309S, 316L, 321 and 304N, were investigated in this study. Autogenous GTA welding was performed on weld coupons, and primary solidification mode and phase distribution were investigated from the welds. Varestraint test was employed to evaluate solidification cracking susceptibilities of the alloys. GTA weld fusion zones in type 304, 321 and 304N stainless steels experienced primary ferrite solidification while those in type 309S primary austenite solidification. Type 316L exhibited a mixed type of primary ferrite and primary austenite solidification. The primary solidification mode strongly depended on $Cr_{eq}/Ni_{eq}$ ratio. In terms of solidification cracking susceptibility, type 309S that solidified as primary austenite exhibited high cracking susceptibility while the alloys experienced primary ferrite solidification showed low cracking susceptibility. The relative ranking in solidification cracking susceptibility was type 304=type 304N < type 321 < type 316L < type 309S.
In this study, the mechanical characteristics and microstructure of hypereutectic Al-17Si-5Fe extruded alloys prepared by a rapid solidification process (RSP) were investigated. The hypereutectic Al alloy was fabricated by means of RSP and permanent casting. For RSP, the Al alloy melted at $920^{\circ}C$, cooling the specimens at a rate of $10^6^{\circ}C/s$ when the RSP was used, thus allowing the refining of primary Si particles more than when using permanent casting, at a rate of about 91%. We tested an extrusion RSP billet and a permanent-cast billet. Before the hot-extrusion process, heating to $450^{\circ}C$ took place for one hour. The samples were then hotextruded with a condition of extrusion ratio of 27 and a ram speed of 0.5 mm/s. Microstructural analyses of the extruded RSP method and the permanent casting method were carried out with OM and SEM-EDS mapping. The mechanical properties in both cases were evaluated by Vickers micro-hardness, wear resistance and tensile tests. It was found that when hypereutectic Al-17Si-5Fe alloys were fabricated by a rapid solidification method, it becomes possible to refine Si and intermetallic compounds. During the preparation of the hypereutectic Al-17Si-5Fe alloy by the rapid solidification method, the pressure of the melting crucible was low, and at faster drum speeds, smaller grain alloy flakes could be produced. Hot extrusion of the hypereutectic Al-17Si-5Fe alloy during the rapid solidification method required higher pressure levels than hot extrusion of the permanent mold-casted alloy. However, it was possible to produce an extruded material with a better surface than that of the hot extruded material processed by permanent mold casting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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