Improving the performance of 354 type alloy /

Abstract

PAR JACOBO HERNANDEZ SANDOVAL AMELIORATION DE LA PERFORMANCE DES ALLIAGES DE TYPE 354AOUT 2010 RESUME En plus de réduire le poids des véhicules et de diminuer la consommation de carburant et les émissions polluantes, les efforts de recherche en cours dans l'industrie automobile ont été axées sur l'amélioration des performances à haute température des composants clés du moteur en particulier en ce qui concerne la préservation des propriétés mécaniques des alliages d'aluminium moulés utilisés dans ces composants à des températures de 200°C à 300°C. L'utilisation de nickel et de zirconium comme éléments d'ajouts pour accroître la résistance à haute température dans ces alliages est basée sur la formation des précipités de A^Ni et A^Zr reconnus pour leur stabilité à des températures élevées, ces particules sont en mesure de mieux supporter le survieillissement à des températures plus élevées que les précipités de A^Cu et Mg2Si normalement présents dans les alliages d'aluminium moulés.L'objectif principal du présent travail de recherche était de déterminer les effets des ajouts mineurs de nickel et de zirconium, ainsi que des dispersoïdes AI2O3 et SiC, sur la résistance à haute température des alliages de fonderie 354. Des expérimentations basées sur l'analyse thermique ont été menées pour acquérir une compréhension des principaux constituants de la microstructure des alliages, tels que les phases intermétalliques et les précipités, ainsi que leur évolution au cours du vieillissement à différentes températures et temps, à savoir 155°C, 170°C, 190°C, 240°C , 300°C et 350°C pendant des périodes allant de 2 à 100 heures. Les propriétés de traction des échantillons tels que coulés et traités thermiquement ont été déterminées à température ambiante et à haute température (190°C, 250°C, 350°C) pour les alliages sélectionnés/conditions basées sur les résultats obtenus des tests à température ambiante. Les échantillons ont été produits dans une moule permanent métallique ASTM-B108. Les résultats des essais de traction ont été examinés en terme des caractéristiques microstructurales des alliages correspondants, afin d'analyser et de comprendre les principaux paramètres impliqués dans le renforcement de l'alliage 354 à des températures élevées.Les résultats montrent que, comme pour l'alliage 319 qui présente des réactions associées à de phases contenant du Cu, l'alliage 354 présente des réactions bien définies à des températures inférieures à 500°C liés aux phases contenant du Cu. Le zirconium réagit seulement avec Ti, Si et Al. Les phases intermétalliques riches en Zr observées dans cette étude se présentent sous deux formes différentes: la phase (Al, Si)2(Zr, Ti) contenant une forte teneur en silicium et ayant la forme d'un bloc, et la phase (Al, Si)3(Zr, Ti) contenant une forte teneur en d'aluminium et ayant la forme d'une aiguille. Il n'y a pas d'empoisonnement observable dans l'affinage de la taille des grains après l'addition de Zr dans les alliages étudiés comme cela a été observé dans les microstructures des échantillo...

Mechanical Performance of Zr‐Containing 354‐Type Al‐Si‐Cu‐Mg Cast Alloy: Role of Additions and Heat Treatment

“…For the Ni-containing alloys, enhancements in the strength values can be correlated to the formation of Nicontaining intermetallic compounds such as Al 9 FeNi, Al 3 CuNi, and Al 3 Ni, which can hinder the propagation of cracks; similar findings are reported in previous studies [11,16]. Increasing the Ni content from 2 wt.% to 4 wt.% inversely affects the tensile properties at room temperature.…”

“…Testing. In the present study, the sole addition of ∼0.3 wt.% Zr to the 354-type Al-Si-Cu-Mg cast alloy (i.e., the base alloy M1S) in the as-cast condition enhances the ambient-temperature strength values of the Zr-free 354 alloy (alloy A) used in previous investigations in the same group by Hernandez-Sandoval [16], by ∼26 MPa (UTS) and 40 MPa (YS), respectively. ese enhancements in the strength values are accompanied by a limited reduction in the alloy ductility (∼0.054%).…”

“…ese enhancements in the strength values are accompanied by a limited reduction in the alloy ductility (∼0.054%). For the solution heat-treated condition, on the other hand, the UTS and ductility values of the base alloy M1S remain virtually constant at ∼300 MPa and ∼6.3%, respectively, while the yield strength increases by ∼33 MPa compared to alloy A in the work of Hernandez-Sandoval [16]. e improved strength values of Zr-containing Al-Si-Cu-Mg alloy emphasize the role of Zr addition in enhancing the ambienttemperature tensile properties.…”

“…Many studies have been carried out in the past decade on how to maintain the mechanical properties of aluminum alloys at service temperatures that exceed 200°C. Among these, the addition of small amounts of transition metals was found to be a promising approach to maintain the mechanical properties of aluminum alloys at temperatures of up to 300°C [7,[12][13][14][15][16]. e idea is based on the formation of secondary fine heat-resistant Al 3 M dispersoids, where "M" is a transition element such as Zr, Ni, and Mn [10,12].…”

Change of Tensile Properties with Aging Time and Temperature in Al‐Si‐Cu‐Mg 354 Cast Alloys with/without Minor Addition of Ni and/or Zr

“…e Mg/Si ratio, the Cu/Mg ratio, as well as the Cu and Si contents are all principal controlling factors which determine the main precipitation-hardening phases in Al-Cu-Mg-Si alloys. e strengthening mechanism results from an age-hardening treatment which depends on the interaction between the moving dislocations and the precipitated phases [17][18][19]. e addition of copper to Al-Si alloys leads to the formation of the copper intermetallic phase, which increases the alloy strength both at room and at high temperatures.…”