Modelling the Evolution in Microchemistry and its Effects on the Softening Behavior of Cold Rolled AlFeMnSi-Alloys during Annealing

A dedicated diffusion controlled precipitation model for AlMnFeSi-alloys, based on classical nucleation and growth theory, has been implemented and coupled to a phenomenological softening model accounting for the combined effect of recovery and recrystallization during annealing after cold rolling. The result is a fully coupled precipitation and softening model which in principle is capable of predicting for variations in solute levels and size and volume fraction of dispersoids and their interaction with the softening behavior during annealing

Integrated Precipitate Simulation for Friction Stir Welding of Age Hardening Aluminium Alloys

Le friction stir welding (FSW) est un procédé de soudage inventé en 1991 par l’institut de soudure anglais, le TWI. Celui-ci suscite un vif intérêt de la part de l’industrie aéronautique par sa capacité de souder les alliages d’aluminium de la série 2XXX et 7XXX, à durcissement structural, réputés pratiquement insoudables. Ce procédé étant relativement récent, il fait encore sujet de recherches actives. Ce travail a pour objectif de prévoir le profil de dureté d’un joint soudé par FSW d’un alliage d’aluminium, le 2024 T3. Cet alliage étant à durcissement structural, il est nécessaire de prévoir l’influence de la température sur l’évolution de la précipitation au cours du procédé pour en déduire sa limite d’élasticité. L’estimation du champ de température durant le régime stationnaire du procédé s’appuie sur des travaux internes au centre SMS. La prévision de la précipitation au cours du soudage est effectuée à l’aide de deux modèles. Le premier modèle, à base d’équivalence temps–températures, est une proposition d’extension aux alliages d’aluminium sous-revenu du modèle de Myhr & Grong (1991) établi dans le cas des alliages d’aluminium sur-revenu. Le deuxième modèle s’appuie sur une discrétisation de la distribution des rayons des précipités, suivant le schéma numérique de Kampmann et Wagner (1983), pour calculer ensuite son évolution. Bien que le premier modèle permette de prévoir l’évolution de la dureté au cours de recuits isothermes, les profils de dureté simulés ne sont pas en accord avec les profils expérimentaux. Seul le deuxième modèle permet une prévision raisonnable de la microstructure, en accord avec les mesures réalisées dans la thèse de Genevois (2004), et des profils de dureté proches des résultats expérimentaux. Finalement, une expression analytique en fonction des paramètres microstructuraux du flux de chaleur lors d’un essai de calorimétrie différentielle (DSC) a été établie. Celle-ci donne la possibilité de simuler un essai de DSC, et de vérifier ainsi la cohérence entre les grandeurs thermodynamiques et cinétiques introduites dans le deuxième modèle de précipitation.Friction stir welding (FSW) is a recent welding process invented by The Welding Institute (TWI). It is particularly interesting for the aeronautical sector due to its capacity to weld 2XXX and 7XXX age-hardening aluminium alloys, which were previously considered unweldable. This relatively new process is currently the subject of active research. This work aims to simulate the hardness profile of an AA2024-T3 friction stir weld. AA2024-T3 is an age hardening aluminium alloy, so it is necessary to predict the effect of temperature on the evolution of precipitation during the process to deduce its yield strength. An estimation of the temperature field during the stationary regime relies on internal work of the SMS centre. Precipitate evolution during welding is simulated using two models. The first one, based on the isokinetic strength, is an extension to under-aged aluminium alloys of the Myhr & Grong model (1991) established for the overaged aluminium alloy. The second one, based on the Kampmann and Wagner (1983) numerical framework discretizes the distribution of the precipitate radius to deduce its evolution. Though the first model can predict the hardness evolution during isothermal treatments, the simulated profiles do not match the experimental ones. Only the second one can predict reasonably well the microstructures in agreement with the observations described in the thesis of Genevois (2004) and also with hardness profiles close to the experimental ones. An analytical expression for the heat flux during a differential scanning calorimetry experiment has been established as a function of microstructural parameters. This gives one the possibility to simulate a DSC experiment and to validate the coherency between thermodynamical and kinetic quantities, as introduced in the second precipitation model

Modélisation intégrée de la précipitation pour le soudage par friction malaxage d'alliages d'aluminium à durcissement structural

Friction stir welding (FSW) is a recent welding process invented by The Welding Institute (TWI). It is particularly interesting for the aeronautical sector due to its capacity to weld 2XXX and 7XXX age-hardening aluminium alloys, which were previously considered unweldable. This relatively new process is currently the subject of active research. This work aims to simulate the hardness profile of an AA2024-T3 friction stir weld. AA2024-T3 is an age hardening aluminium alloy, so it is necessary to predict the effect of temperature on the evolution of precipitation during the process to deduce its yield strength. An estimation of the temperature field during the stationary regime relies on internal work of the SMS centre. Precipitate evolution during welding is simulated using two models. The first one, based on the isokinetic strength, is an extension to under-aged aluminium alloys of the Myhr & Grong model (1991) established for the overaged aluminium alloy. The second one, based on the Kampmann and Wagner (1983) numerical framework discretizes the distribution of the precipitate radius to deduce its evolution. Though the first model can predict the hardness evolution during isothermal treatments, the simulated profiles do not match the experimental ones. Only the second one can predict reasonably well the microstructures in agreement with the observations described in the thesis of Genevois (2004) and also with hardness profiles close to the experimental ones. An analytical expression for the heat flux during a differential scanning calorimetry experiment has been established as a function of microstructural parameters. This gives one the possibility to simulate a DSC experiment and to validate the coherency between thermodynamical and kinetic quantities, as introduced in the second precipitation model.Le friction stir welding (FSW) est un procédé de soudage inventé en 1991 par l’institut de soudure anglais, le TWI. Celui-ci suscite un vif intérêt de la part de l’industrie aéronautique par sa capacité de souder les alliages d’aluminium de la série 2XXX et 7XXX, à durcissement structural, réputés pratiquement insoudables. Ce procédé étant relativement récent, il fait encore sujet de recherches actives. Ce travail a pour objectif de prévoir le profil de dureté d’un joint soudé par FSW d’un alliage d’aluminium, le 2024 T3. Cet alliage étant à durcissement structural, il est nécessaire de prévoir l’influence de la température sur l’évolution de la précipitation au cours du procédé pour en déduire sa limite d’élasticité. L’estimation du champ de température durant le régime stationnaire du procédé s’appuie sur des travaux internes au centre SMS. La prévision de la précipitation au cours du soudage est effectuée à l’aide de deux modèles. Le premier modèle, à base d’équivalence temps–températures, est une proposition d’extension aux alliages d’aluminium sous-revenu du modèle de Myhr & Grong (1991) établi dans le cas des alliages d’aluminium sur-revenu. Le deuxième modèle s’appuie sur une discrétisation de la distribution des rayons des précipités, suivant le schéma numérique de Kampmann et Wagner (1983), pour calculer ensuite son évolution. Bien que le premier modèle permette de prévoir l’évolution de la dureté au cours de recuits isothermes, les profils de dureté simulés ne sont pas en accord avec les profils expérimentaux. Seul le deuxième modèle permet une prévision raisonnable de la microstructure, en accord avec les mesures réalisées dans la thèse de Genevois (2004), et des profils de dureté proches des résultats expérimentaux. Finalement, une expression analytique en fonction des paramètres microstructuraux du flux de chaleur lors d’un essai de calorimétrie différentielle (DSC) a été établie. Celle-ci donne la possibilité de simuler un essai de DSC, et de vérifier ainsi la cohérence entre les grandeurs thermodynamiques et cinétiques introduites dans le deuxième modèle de précipitation

A transmission electron microscopy study of precipitate phases that form during operation in a heat exchanger alloy

During manufacturing of heat exchangers, the core material is cladded with a lower-melting point alloy, rolled into thin strips before being formed and finally brazed at an elevated temperature. After a period of natural aging, the final product is operated at two different temperatures depending on the application: about 95 °C for radiators, and peaks up to about 250 °C for charge-air-coolers. For an Al-Mg-Si-Cu alloy type core material, this process translates into solution heat treatment, natural aging and aging during operation. High-resolution imaging with aberration corrected high angle annular dark field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) revealed the presence of a complex mix of precipitates after 58 days at 95 °C, including a never-before-reported phase which structurally is a mix between Al-Cu and Al-Mg-Si type precipitates. The stability of this phase is investigated with density functional theory (DFT). Q' is the main phase observed after 5 h at 250 °C, with most precipitates incorporating a certain type of stacking fault.publishedVersio

Modélisation intégrée de la précipitation pour le soudage par friction malaxage d'alliages d'aluminium à durcissement structural

Le friction stir welding (FSW) est un procédé de soudage inventé en 1991 par l institut de soudure anglais, le TWI. Celui-ci suscite un vif intérêt de la part de l industrie aéronautique par sa capacité de souder les alliages d aluminium de la série 2XXX et 7XXX, à durcissement structural, réputés pratiquement insoudables. Ce procédé étant relativement récent, il fait encore sujet de recherches actives. Ce travail a pour objectif de prévoir le profil de dureté d un joint soudé par FSW d un alliage d aluminium, le 2024 T3. Cet alliage étant à durcissement structural, il est nécessaire de prévoir l influence de la température sur l évolution de la précipitation au cours du procédé pour en déduire sa limite d élasticité. L estimation du champ de température durant le régime stationnaire du procédé s appuie sur des travaux internes au centre SMS. La prévision de la précipitation au cours du soudage est effectuée à l aide de deux modèles. Le premier modèle, à base d équivalence temps températures, est une proposition d extension aux alliages d aluminium sous-revenu du modèle de Myhr & Grong (1991) établi dans le cas des alliages d aluminium sur-revenu. Le deuxième modèle s appuie sur une discrétisation de la distribution des rayons des précipités, suivant le schéma numérique de Kampmann et Wagner (1983), pour calculer ensuite son évolution. Bien que le premier modèle permette de prévoir l évolution de la dureté au cours de recuits isothermes, les profils de dureté simulés ne sont pas en accord avec les profils expérimentaux. Seul le deuxième modèle permet une prévision raisonnable de la microstructure, en accord avec les mesures réalisées dans la thèse de Genevois (2004), et des profils de dureté proches des résultats expérimentaux. Finalement, une expression analytique en fonction des paramètres microstructuraux du flux de chaleur lors d un essai de calorimétrie différentielle (DSC) a été établie. Celle-ci donne la possibilité de simuler un essai de DSC, et de vérifier ainsi la cohérence entre les grandeurs thermodynamiques et cinétiques introduites dans le deuxième modèle de précipitation.Friction stir welding (FSW) is a recent welding process invented by The Welding Institute (TWI). It is particularly interesting for the aeronautical sector due to its capacity to weld 2XXX and 7XXX age-hardening aluminium alloys, which were previously considered unweldable. This relatively new process is currently the subject of active research. This work aims to simulate the hardness profile of an AA2024-T3 friction stir weld. AA2024-T3 is an age hardening aluminium alloy, so it is necessary to predict the effect of temperature on the evolution of precipitation during the process to deduce its yield strength. An estimation of the temperature field during the stationary regime relies on internal work of the SMS centre. Precipitate evolution during welding is simulated using two models. The first one, based on the isokinetic strength, is an extension to under-aged aluminium alloys of the Myhr & Grong model (1991) established for the overaged aluminium alloy. The second one, based on the Kampmann and Wagner (1983) numerical framework discretizes the distribution of the precipitate radius to deduce its evolution. Though the first model can predict the hardness evolution during isothermal treatments, the simulated profiles do not match the experimental ones. Only the second one can predict reasonably well the microstructures in agreement with the observations described in the thesis of Genevois (2004) and also with hardness profiles close to the experimental ones. An analytical expression for the heat flux during a differential scanning calorimetry experiment has been established as a function of microstructural parameters. This gives one the possibility to simulate a DSC experiment and to validate the coherency between thermodynamical and kinetic quantities, as introduced in the second precipitation model.ST ETIENNE-ENS des Mines (422182304) / SudocSudocFranceF

Modelling differential scanning calorimetry curves of precipitation in Al-Cu-Mg

International audienceThe heat flux during a differential scanning calorimetry (DSC) experiment of a precipitation reaction is expressed analytically as a function of the interfacial energy, the solid solution composition and the precipitate fraction. Using a physically based model of nucleation, growth and dissolution, the respective contributions of these terms are compared for the case of S phase precipitation in AA2024 (Al-4% Cu-2% Mg). Good overall agreement is obtained for the experimental and simulated DSC curves if the interfacial energy is tuned correctly

A Solute Pinning Approach to Solute Drag in Multi-Component Solid Solution Alloys

Open Access tidsskrift. http://www.scirp.org/journal/mnsms/The Cahn, Lücke and Stüwe theory remains the backbone of more complex analysis dealing with solute drag, however, the mathematical treatment is rather involved. A new approach based on solute pinning the boundary has therefore recently been suggested, which has the main advantage of a simpler mathematical treatment. In the present paper this approach has been generalized to take into account the influence of different types of so- lute atoms in the high solute content/low driving force regime.Forlagets publiserte versjon. Open access. Copyright © 2014 Emmanuel Hersent et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution Li- cense, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons Attribution License all Copyrights © 2014 are reserved for SCIRP and the owner of the intel- lectual property Emmanuel Hersent et al. All Copyright © 2014 are guarded by law and by SCIRP as a guardian

On the Effect of Atoms in Solid Solution on Grain Growth Kinetics

The discrepancy between the classical grain growth law in high purity metals (grain size D∝t1/2D∝t1/2) and experimental measurements has long been a subject of debate. It is generally believed that a time growth exponent less than 1/2 is due to small amounts of impurity atoms in solid solution even in high purity metals. The present authors have recently developed a new approach to solute drag based on solute pinning of grain boundaries, which turns out to be mathematically simpler than the classic theory for solute drag. This new approach has been combined with a simple parametric law for the growth of the mean grain size to simulate the growth kinetics in dilute solid solution metals. Experimental grain growth curves in the cases of aluminum, iron, and lead containing small amounts of impurities have been well accounted for

A Solute Pinning Approach to Solute Drag in Multi-Component Solid Solution Alloys

The Cahn, Lücke and Stüwe theory remains the backbone of more complex analysis dealing with solute drag, however, the mathematical treatment is rather involved. A new approach based on solute pinning the boundary has therefore recently been suggested, which has the main advantage of a simpler mathematical treatment. In the present paper this approach has been generalized to take into account the influence of different types of so- lute atoms in the high solute content/low driving force regime