Heat treatment of cold-sprayed C355 Al for repair: microstructure and mechanical properties

Cold gas dynamic spraying of commercially pure aluminum is widely used for dimensional repair in the aerospace sector as it is capable of producing oxide-free deposits of hundreds of micrometer thickness with strong bonding to the substrate, based on adhesive pull-off tests, and often with enhanced hardness compared to the powder prior to spraying. There is significant interest in extending this application to structural, load-bearing repairs. Particularly, in the case of high-strength aluminum alloys, cold spray deposits can exhibit high levels of porosity and microcracks, leading to mechanical properties that are inadequate for most load-bearing applications. Here, heat treatment was investigated as a potential means of improving the properties of cold-sprayed coatings from Al alloy C355. Coatings produced with process conditions of 500 °C and 60 bar were heat-treated at 175, 200, 225, 250 °C for 4 h in air, and the evolution of the microstructure and microhardness was analyzed. Heat treatment at 225 and 250 °C revealed a decreased porosity (~ 0.14% and 0.02%, respectively) with the former yielding slightly reduced hardness (105 versus 130 HV0.05 as-sprayed). Compressive residual stress levels were approximately halved at all depths into the coating after heat treatment, and tensile testing showed an improvement in ductility

Analiza procesu krystalizacji i kształtowania mikrostruktury stopu aluminium AlCu4Ni2Mg2

The main objective of this work was to examine a solidification process of AlCu4Ni2Mg2 alloy and analyze morphology and composition of the complex microstructure of intermetallic phases in as-cast condition. To study the solidification process differential scanning calorimetry (DSC) was used. To identify intermetallics in AlCu4Ni2Mg2 alloy optical light microscopy (LM), X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscope and were used. The results show that the as-cast microstructure of AlCu4Ni2Mg2 alloy after slow solidification at a cooling rate 5°/min, consisted: dendrites of α-Al and intermetallic phases Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, and Al3(CuFeNi)2 and Al2Cu.Prowadzono analizę procesu krystalizacji oraz składu chemicznego i morfologii składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 w stanie lanym. W analizie procesu krystalizacji stopu stosowano metodę różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Identyfikację składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 prowadzono metodami mikroskopii świetlnej (LM), elektronowej: skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM) oraz dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła ustalić, że mikrostruktura stopu AlCu4Ni2Mg2, kształtowana w procesie krystalizacji z małą prędkością chłodzenia 5°C/min, składa się z dendrytów roztworu stałego α-Al oraz wydzieleń faz międzymetalicznych: Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, Al3(CuFeNi)2 i Al2Cu

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne odlewniczych bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni stosowanych na silnie obciążone elementy silników lotniczych

The main task of this work was to study the microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys. The microstructure of tested samples was evaluated in terms of fracture mechanism using an optical microscope - Nikon 300, scanning electron microscope HITACHI S-3400 (SEM) in a conventional back-scattered electron mode and JEOL - JEM 2100 ARP TEM/STEM electron microscope. The mechanical (Rm and R0.2) and plastic (A,Z) properties of the examined alloy were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. The results shows that the casting method and the applied thermal processing did not have a significant influence on the primary (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 and AlCuMn) intermetallic phase composition and microstructure phase component morphology. However, during prolonged heating growth and change in the shape of separations of the θ'-Al2Cu reinforcing phase occurs proportionally to temperature and heating time. Sand casts show higher mechanical properties: Rm R0.2. The stability of the mechanical properties of the investigated alloys in higher temperatures is the consequence of the increased Cu content.Celem pracy była analiza mikrostruktury i właściwości mechanicznych odlewniczych, bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni. Obserwacje mikrostruktury prowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego -Nikon 300, elektronowego mikroskopu skaningowego HITACHI S-3400 z systemem EDS do mikroanalizy rentgenowskiej i elektronowego mikroskopu transmisyjnego JEOL - JEM 2100 ARP z systemem STEM/EDS. Właściwości wytrzymałościowe (Rm, R02) i plastyczne (A,Z) badanych stopów wyznaczono w próbie statycznej rozciągania w temperaturze pokojowej. Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła stwierdzić, że sposób odlewania oraz obróbka cieplna nie mają istotnego wpływu na skład fazowy oraz morfologię pierwotnych cząstek faz międzymetalicznych (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 i AlCuMn. Długotrwałe wygrzewanie, w podwyższonej temperaturze powoduje jednak znaczny wzrost cząstek umacniającej fazy θ'-Al2Cu. Ustalono, że lepsze właściwości mechaniczne: Rm i R02 wykazują stopy odlane do form piaskowych. Stabilność właściwości mechanicznych badanych stopów w podwyższonej temperaturze jest spowodowana większą zawartością Cu

Krzywe odkształcania nadstopu CMSX-4 po próbie ściskania w wysokiej temperaturze

Variations of a flow stress vs. true strain illustrate behavior of material during plastic deformation. Stress-strain relationship is generally evaluated by a torsion, compression and tensile tests. Results of these tests provide crucial information pertaining to the stress values which are necessary to run deformation process at specified deformation parameters. Uniaxial compression tests at the temperature through which precipitation hardening phases process occurred (900-1200°C), were conducted on superalloy - CMSX-4, to study the effect of temperature and strain rate (ε =10 to the -4 and 4x10 to the -4 s to the -1) on its flow stress. On the basis of received flow stress values activation energy of a high-temperature deformation process was estimated. Mathematical dependences (σpl - τ i σpl - ε) and compression data were used to determine material's constants. These constants allow to derive a formula that describes the relationship between strain rate (ε), deformation temperature (τ) and flow stress σpl - ε = A1σ to the n ∙ exp(-Q / RT).Zachowanie się materiału podczas odkształcania plastycznego na gorąco charakteryzują krzywe zmiany naprężenia uplastyczniającego w funkcji odkształcenia. Do ich oceny stosowane są próby skręcania, ściskania lub rozciągania. Pozwalają określić dane niezbędne do prowadzenia procesu przeróbki plastycznej materiału z zastosowaniem odpowiednich parametrów odkształcania - temperatury i prędkości chłodzenia. W pracy przedstawiono analizę wyników badań wpływu temperatury i prędkości odkształcania (ε = 10 do - 4 i 4 x 10 do -4 s do -1) na wartość naprężenia uplastyczniającego nadstopu niklu - CMSX-4 w zakresie wartości temperatury wydzielania cząstek faz umacniających (900-1200°C) uzyskane w jednoosiowej próbie ściskania. Ustalone wartości naprężenia uplastyczniającego były podstawą do wyznaczenia energii aktywacji Q procesu odkształcania wysokotemperaturowego. Na podstawie uzyskanych danych oraz odpowiednich zależności (σpl - τ i σpl - ε) określono wartości stałych materiałowych oraz ustalono zależność prędkości (ε), temperatury odkształcenia (τ) i naprężeniem ustalonego płynięcia plastycznego σpl - ε = A1σ do n ∙ exp(-Q / RT)

Wysokotemperaturowe odkształcenie stopów aluminium grupy 6xxx

The hot deformation behavior of the 6xxx aluminum alloys was investigated by compression tests in the temperature range 100°C-375°C and strain rate range 10−4s−1 and 4×10−4s−1 using dilatometer DIL 805 BÄHR Thermoanalyse equipped with accessory attachment deformation allows the process to execute thermoplastic in vacuum and inert gas atmosphere. Associated microstructural changes of characteristic states of examined alloys were studied by using the transmission electron microscope (TEM). The results show that the stress level decreases with increasing deformation temperature and deformation rate. And was also found that the activation energy Q strongly depends on both, the temperature and rate of deformation. The results of TEM observation showing that the dynamic flow softening is mainly as the result of dynamic recovery and recrystallization of 6xxx aluminium alloys.Obróbkę cieplno-plastyczną stopów aluminium grupy 6xxx prowadzono w zakresie temperatury 100°C-375°C i prędkości odkształcania 10−4s−1 i 4×10−4s−1 na dylatometrze DIL 805 BÄHR Thermoanalyse wyposażonym w przystawkę odkształceniową umożliwiającą wykonanie procesu odkształcania w próżni i w atmosferze gazu obojętnego. Zmiany mikrostruktury badanych stopów, zachodzące w charakterystycznych stadiach obróbki cieplno-plastycznej, badano za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Ustalono, że wielkość naprężenia zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i wielkości odkształcenia. Również energia aktywacji Q w dużym stopniu zależy zarówno od temperatury jak i prędkości odkształcania. Wyniki obserwacji mikrostruktury TEM wykazały, że dynamiczne mięknięcie materiałów jest głównie wynikiem zachodzących procesów zdrowienia dynamicznego i rekrystalizacji stopu aluminium 6xxx

Charakteryzacja mikrostruktury przechładzanych i odkształcanych plastycznie dwufazowych stopów tytanu α+β

Development of microstructure in two-phase α+β titanium alloys is realized by thermomechanical processing – sequence of heat treatment and plastic working operations. Analysis of achieved results indicates that hot plastic deformation – depending on deformation degree – causes significant elongation of α phase grains. Following heat treatment and plastic deformation processes lead to their fragmentation and spheroidization. Characterization of microstructure morphology changes during thermomechanical processing of quenched Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Mo-2Cr alloys is presented in the paper. The effect of martensitic phase α’(α”) on microstructure development in plastic deformation process was confirmed.Kształtowanie mikrostruktury dwufazowych stopów tytanu α+β realizowane jest w procesie cieplno-plastycznym będącym sekwencją operacji obróbki plastycznej i przeróbki plastycznej. Analiza uzyskanych wyników badań wskazuje, że odkształcanie plastyczne na gorąco – w zależności od stopnia odkształecenia - powoduje wydłużanie ziarn fazy α. Kolejne operacje obróbki cieplnej lub odkształcania plastycznego prowadzą do ich fragmentacji i sferoidyzacji. W pracy przedstawiono charakteryzację zmian morfologii składników mikrostruktury stopów Ti-6Al-4V oraz Ti-6Al-2Mo-2Cr poddanych przechładzaniu na początkowym etapie procesu cieplno-plastycznego. Potwierdzono oddziaływanie fazy martenzytycznej α’(α”) w badanych stopach na przebieg procesu kształtowania ich mikrostruktury podczas odkształcania plastycznego

Resonant pulsed electromagnetic stirring of melt for effective grain fragmentation

The paper describes the results of an experimental research, demonstrating and explaining the effect of grain fragmentation, caused by pulsed resonant electromagnetic stirring. In the experiments, 6082 aluminium alloy melt was directionally solidified under the influence of continuous (AMF) and pulsed application (PMF) of an alternating magnetic field. The frequency of applied PMF was in accordance to the low-frequency circulation of the melt, causing the resonant increase of a pulsed component of the melt velocity. The structure of electromagnetically stirred specimens was compared to those, solidified without a magnetic field. A strong fragmentation effect (decrease of an average grain size on 51%, comparing with the solidification in natural conditions) for the case of resonant EM stirring was stated. Further, to analyse the influence of the flow, appearing due to the resonant stirring, we observed the formation of solid/liquid interface and a macro-crystalloid structure during solidification of continuously and pulsed stirred melt by applying the novel method of neutron radiography. The results confirmed the strong influence of the pulsed component of velocity on thermal conditions during solidification and, consequently, the metal structure