Effets des intermétalliques de fer et des porosités sur les propriétés de traction et d'impact sur les alliages de coulée Al-Si-Cu et Al-Si-Mg

Les alliages aluminium-silicium (Al-Si) sont une importante classe de matériaux qui constituent la majorité des pièces d'aluminium coulées produites, dû à leurs propriétés supérieures et leurs excellentes caractéristiques de coulées. À l'intérieur de cette famille d'alliages, les alliages de fonderie Al-Si-Cu et Al-Si-Mg sont fréquemment employés dans les applications automobiles. Les alliages commercialement populaires 319 et 356, représentant ces deux systèmes d'alliages, furent sélectionnés pour étude dans le présent travail, avec pour but d'investiguer l'effet des intermétalliques du fer et des porosités sur la performance de l'alliage. Ceci fut exécuté à travers une étude des propriétés de traction et d'impact, celles-ci étant deux propriétés mécaniques importantes utilisées dans les calculs de conception. Le fer, à travers la précipitation des constituants intermétalliques de seconde phase, en particulier la phase en forme de plaquettes B-Al5FeSi, est nuisible aux propriétés des alliages. De même les porosités dues au gaz ou aux retassures dans les coulées sont nuisibles aux propriétés mécaniques. Par la détermination des éléments d'alliage, du processus de fonderie et des paramètres de solidification optimaux (viz., le contenu en Fe, la modification au Sr et le taux de refroidissement) requis pour minimiser les effets nuisibles des porosités et des intermétalliques du fer, et par l'étude de leur rôle sur le comportement des fractures, le mécanisme de fracture dans les alliages a pu être déterminé. Des coulées furent préparées à partir des fontes d'alliages industriels et commerciaux 319.2, B319.2 et A356.2, contenant des niveaux de Fe de 0.2-1.0 wt%. Des fontes modifiées au Sr (-200 ppm) furent aussi préparées pour chaque niveau de Fe. Les moules réfractaires refroidis aux extrémités utilisés ont donné une solidification directionnelle et une plage de taux de refroidissement (ou espace interdendritique) à l'intérieur de la même coulée. Des échantillons de traction et d'impact, machinés à partir de spécimens provenant des coulées, et sectionnés à diverses hauteurs au-dessus de l'extrémité refroidie, ont donné des espaces interdendritiques de ~23 à ~85 jim. Tous les échantillons furent soumis à un traitement thermique T6 avant les essais. Les essais furent exécutés en employant les machines d'essais Instron Universal et Instrumented Charpy. Les techniques de microscopie optique, d'analyse d'image, de SEM et de EPMA furent utilisées dans les analyses microstructurales et de fracture. Les résultats ont démontré que le taux de refroidissement le plus élevé (23 um d'espace interdendritique) est le paramètre le plus significatif contrôlant la dimension et la distribution de la phase B-Al5FeSi et des porosités, dans les alliages non modifiés 319.2 et A356.2. La modification au Sr est plus efficace dans la réduction de la dimension des plaquettes de phase p, à des bas niveaux de Fe, mais celle-ci augmente à la fois la fraction volumique des porosités et la dimension des pores de façon significative. L'alliage B319.2 contenant du Mg montre une réduction de la dimension des plaquettes de P due à sa transformation partielle en particules de script chinois Al8FeMg3Si6. Dans les alliages modifiés au Sr, une augmentation de la dimension des plaquettes P est encore observée à certains taux de refroidissement. La fraction volumique des porosités et la dimension des pores diminuent aussi avec l'addition de Mg. La ductilité des alliages est améliorée par l'augmentation simultanée du taux de refroidissement et de la réduction du contenu en Fe. La ductilité de l'alliage B319.2 est inférieure à celle de l'alliage 319.2 dû à la précipitation du Mg2Si, à la transformation partielle de B-Al5FeSi en Al8FeMg3Si6, et à l'interaction Sr-Mg qui diminue l'efficacité de la modification au Sr. L'alliage A356.2 affiche une ductilité beaucoup plus élevée que les alliages 319 pour un même niveau de Fe, dû à l'absence de la phase intermétallique CuAl2 dans le premier alliage. La modification au Sr améliore aussi à la fois la ductilité et la résistance en traction, et est utile dans le maintien d'une limite ultime cohérente dans les alliages 319, puisqu'une dispersion beaucoup moindre des valeurs de limite ultime est observée, peu importe leur source (expérimentale ou industrielle). Aucun effet apparent sur la limite élastique n'est observé. Le fer détériore la limite ultime dans les alliages expérimentaux non modifiés et les alliages industriels modifiés 319.2, B319.2 et A356.2. Des corrélations polynomiales du second degré sont obtenues entre la limite ultime et le contenu en Fe à tous les taux de refroidissement (R2 >0.8) pour la plupart des alliages; les alliages expérimentaux modifiés et les alliages industriels non modifiés 319.2, cependant ont montré une dispersion considérable de la limite ultime. La corrélation entre la contrainte et le contenu en Fe ou le taux de refroidissement est plus complexe: en général, la limite élastique augmente à la fois avec le taux de refroidissement et le contenu en Fe dans les alliages 319.2 (R2 >0.8). Dans les alliages B319.2, l'effet du taux de refroidissement n'est pas très apparent: Fe augmente la limite élastique dans les alliages expérimentaux mais diminue celle-ci dans les alliages industriels. Dans les alliages A356.2, les valeurs de la limite élastique sont distribuées à l'intérieur d'une plage étroite montrant une tendance à la baisse dans les alliages non modifiés et une tendance à la hausse dans les alliages modifiés. La dimension des plaquettes de B-Al5FeSi affecte la ductilité et la résistance en traction des alliages, les changements étant très perceptibles jusqu'à des longueurs (ou surfaces) de plaquettes p de -100 um (400 um2) dans les alliages 319 et de -70 um (300 um2) dans les alliages A356.2. Des corrélations de puissance et logarithmiques sont obtenues entre la ductilité et la dimension des plaquettes P (R2 >0.8). Dans les alliages A356.2, seules de faibles variations dans la dimension de la phase p peut être tolérée afin de maintenir des niveaux de ductilité satisfaisants. La diminution de la limite ultime avec la dimension des plaquettes P est plus prononcée dans les alliages 319.2 que dans les alliages B319.2 et A356.2. Aucune relation définie entre la dimension des plaquettes P et la limite élastique n'a pu être établie. La porosité est nuisible à la résistance en traction et à la ductilité des alliages. Bien que le paramètre de dimension maximum des pores caractérise le mieux les relations entre la porosité et les propriétés de traction, les valeurs de R2 obtenues montrent que cela n'est pas le facteur primaire contrôlant la ductilité et la résistance en traction. Aucune corrélation définie n'a pu être établie entre la porosité et la limite élastique. Des corrélations linéaires assez bonnes ont été obtenues entre le log de la limite ultime et le log de la déformation (%) pour tous les alliages, expérimentaux ou industriels, sous toutes les conditions (R2 : 0.6-0.93). L'utilisation de cette relation est recommandée au lieu de la relation entre la limite ultime et le log de la déformation (%) basée sur le concept d'index de qualité proposé par Drouzy et al.136 pour interpréter les propriétés de traction des deux systèmes d'alliages. Les propriétés d'impact sont aussi améliorées avec l'augmentation du taux de refroidissement et la réduction du contenu en Fe. Les alliages modifiés 319.2 montrent des relations de puissances et linéaires (à des bas/hauts taux de refroidissement), alors que les alliages non modifiés 319.2 et A356.2 montrent des corrélations linéaires, tous les alliages B319.2 montrent de corrélations de puissance, et les alliages modifiés A356.2 montrent des corrélations logarithmiques à tous les taux de refroidissement (R2 >0.95 dans tous les cas). Les propriétés d'impact obtenues au plus haut taux de refroidissement sont de loin supérieures à celles obtenues à des taux de refroidissement autres {cf. 12.4 J à 23 um d'espace interdendritique avec 4.88 J à 85 um d'espace interdendritique dans les alliages non modifiés 319.2). L'intermétallique B-Al5FeSi détériore les propriétés d'impact de façon significative, l'effet étant le plus apparent pour des dimensions des plaquettes P se situant à l'intérieur de la plage 30-150 um dans les alliages 319, et 10-50 um dans les alliages A356.2. Des corrélations assez bonnes ont été obtenues entre les porosités et les propriétés d'impact. En présence de Mg, l'alliage non modifié B319.2 montre une augmentation de l'énergie d'impact, particulièrement à des niveaux faibles (0.4%) en Fe et à des taux de refroidissement élevés (espace interdendritique 23-47 um). Le strontium est efficace dans l'amélioration de l'énergie d'impact, même à des niveaux élevés en Fe. L'amélioration est moins apparente dans les alliages B319.2, et très sensible au changement du taux de refroidissement dans les alliages 319.2. Les alliages A356.2 modifiés au Sr montrent des énergies d'impact du double de celles des alliages 319 soumis aux mêmes conditions dû à l'absence de la phase CuAl2 dans les premiers alliages. Une bonne relation inverse est obtenue entre la vitesse moyenne de fissuration et l'énergie d'impact, les plus hautes vitesses de fissuration étant observées dans les échantillons non modifiés obtenus à des contenus en Fe les plus élevés et aux taux de refroidissement les plus bas. Les essais d'impact sont plus sensibles aux variations dans la microstructure ou aux défauts de coulée que ne le sont les essais de traction. Les courbes d'énergie d'impact en fonction de la limite ultime montrent des relations exponentielles, tandis que les courbes d'énergie d'impact en fonction de la déformation (%) affichent des relations linéaires pour tous les d'alliages, modifiés ou non, et peu importe la composition de l'alliage. À de faibles niveaux de Fe et à des taux de refroidissement élevés (0.4% Fe, espace interdendritique de 23 um), l'initiation et la propagation des fissures dans les alliages non modifiés 319, se produisent par le clivage des plaquettes de B-Al5FeSi (au lieu de leur décohésion de la matrice). La morphologie des plaquettes (individuelles ou embranchées) est importante pour déterminer la direction de propagation de la fissure. Les fissures se propagent aussi par la fracture du CuAl2 non dissous ou d'autres intermétalliques de cuivre, aussi bien que par les particules de Si fragmentées. Dans les alliages 319 modifiés au Sr, les fissures sont majoritairement initiées par la fragmentation ou le clivage des plaquettes perforées de la phase j3, en addition à celles des particules grossières de Si et des intermétalliques de cuivre non dissous. Dans les alliages A356.2, les fissures sont initiées principalement par la fracture des particules de Si ou leur détachement de la matrice de Al, alors que la propagation des fissures a lieu par coalescence des particules de Si fracturées, excepté quand les intermétalliques de P-Al5FeSi sont présents, auquel cas ce dernier a préséance. Dans le cas de modification au Sr, les fissures se propagent par la liaison des particules de Si fracturées / détachées, aussi bien que par les intermétalliques B-fer fragmentés. Dans les échantillons exhibant de basses énergies d'impact, l'initiation et la propagation des fissures se produisent principalement par le clivage des intermétalliques de B-fer

On the Fractography of Impact-Tested Samples of Al-Si Alloys for Automotive Alloys

Castings were prepared from both industrial and experimental 319.2, B319.2 and A356.2 alloy melts, containing Fe levels of 0.2–1.0 wt%. Stontium-modified (∼200 ppm) melts were also prepared for each alloy/Fe level. Impact testing of heat-treated samples was carried out using an instrumented Charpy impact testing machine. At low Fe levels and high cooling rates (0.4% Fe, dendrite arm spacing (DAS) of 23 μm), crack initiation and propagation in unmodified 319 alloys occur through the cleavage of β-Al5FeSi platelets (rather than by their decohesion from the matrix). The morphology of the platelets (individual or branched) is important in determining the direction of crack propagation. Cracks also propagate through the fracture of undissolved CuAl2 or other Cu intermetallics, as well as through fragmented Si particles. In Sr-modified 319 alloys, cracks are mostly initiated by the fragmentation or cleavage of perforated β-phase platelets, in addition to that of coarse Si particles and undissolved Cu-intermetallics. In A356.2 alloys, cracks initiate mainly through the fracture of Si particles or their debonding from the Al matrix, while crack propagation occurs through the coalescence of fractured Si particles, except when β-Al5FeSi intermetallics are present, in which case the latter takes precedence. In the Sr-modified case, cracks propagate through the linkage of fractured/debonded Si particles, as well as fragmented β-iron intermetallics. In samples exhibiting low-impact energies, crack initiation and propagation occur mainly through cleavage of the β-iron intermetallics

Establishing the carrier scattering phase diagram for ZrNiSn-based half-Heusler thermoelectric materials

Chemical doping is one of the most important strategies for tuning electrical properties of semiconductors, particularly thermoelectric materials. Generally, the main role of chemical doping lies in optimizing the carrier concentration, but there can potentially be other important effects. Here, we show that chemical doping plays multiple roles for both electron and phonon transport properties in half-Heusler thermoelectric materials. With ZrNiSn-based half-Heusler materials as an example, we use high-quality single and polycrystalline crystals, various probes, including electrical transport measurements, inelastic neutron scattering measurement, and first-principles calculations, to investigate the underlying electron-phonon interaction. We find that chemical doping brings strong screening effects to ionized impurities, grain boundary, and polar optical phonon scattering, but has negligible influence on lattice thermal conductivity. Furthermore, it is possible to establish a carrier scattering phase diagram, which can be used to select reasonable strategies for optimization of the thermoelectric performance.Comment: 21 pages, 5 figure

Research on reverberation characteristics analysis and suppression methods for active continuous detection

Compared with the traditional active detection with monopulse periodic emission mode, active continuous detection has the advantages of large emission duty ratio and continuous acquisition of process information. It can effectively overcome the disadvantages of high false alarm probability, poor environment adaptation ability and low detection efficiency in traditional active detection, so then improving the system detection ability. But active continuous detection is also facing more serious reverberation. In order to further improve capacity, the adaptable reverberation characteristics and detection methods are carried out in this paper. On the basis of theoretical modelling, the relationship between the characteristics of the active continuous detection reverberation and the signal form, the hydrological environment and the emission power are studied. The time frequency characteristics of reverberation and the attenuation law with distance of reverberation are mastered. A reverberation suppression method based on adaptive beamforming of sub-band steered minimum variance algorithm (SSMV) is studied for active continuous detection. Considering signal bandwidth and fast convergence, etc. The relationship between sub-array partition and reverberation suppression ability is analyzed. The validity of reverberation characteristic analysis is verified by simulation, the performance of the method of reverberation suppression is verified by sea trial data processing

Application of data mining technology and intelligent information technology in the construction and management of the water conservancy project in Area A

At present, the construction and management efficiency of water conservancy projects is low, hydrological prediction errors are common, and the utilization rate of water resources is low. Based on this, this paper applies data mining technology and intelligent information technology to water conservancy project management. This will help to better study the construction and management of hydraulic projects. By adopting data mining technology, valuable data in hydraulic engineering can be extracted and analyzed. Through careful analysis and evaluation of the data, we can predict the runoff of reservoir hydrology in Area A. The experimental results show that the data mining technology can be used to predict the runoff of Reservoir A from January to December 2020. In addition, using machine learning techniques to make predictions, the prediction error rate varies by 6.2%. The research shows that the use of data mining technology can improve the efficiency of water conservancy project construction and management, and improve the utilization rate of the project. HIGHLIGHTS This paper proposes to apply data mining technology and intelligent information technology to water conservancy project management.; The experimental results show that the runoff of Reservoir A from January to December 2020 can be predicted by using data mining technology.; The research shows that the use of data mining technology can improve the efficiency of water conservancy project construction and management, and improve the utilization rate of the project.

Structure optimization for improving the strength and ductility of heterogeneous carbon nanotube/Al–Cu–Mg composites

Heterogeneous carbon nanotube (CNT)/Al–Cu–Mg composites, consisting of ductile zones (DZs) free of CNTs and brittle zones (BZs) rich of CNTs, were fabricated in powder metallurgy route. It was shown that the grain size and width of the DZs in the heterogeneous composites could be controlled by high energy ball milling (HEBM) on additional Al–Cu–Mg alloy powders. Appropriate grain refinement in the DZs and a medium DZ width were identified to be beneficial for improving the strength-ductility. Under the optimized condition, a heterogeneous CNT/Al–Cu–Mg composite exhibited 88% increase in the elongation and 2% increase in the tensile strength compared to the uniform composite. Although the yield strength of the heterogeneous composite was lower than that of the uniform composite, the appropriate grain refinement in the DZs was good for alleviating the low yield phenomenon. Furthermore, the abundant grain boundaries could reduce the local slip bands passing through the DZs, which could significantly relax the stress concentration of the BZs. As a result, the medium width DZs could contribute more to the plastic deformation, thereby further improving the strength-ductility. Finally, a model was proposed to assist the design of the heterogeneous structure parameters. The calculated optimized DZ size was in accordance with the DZ width of the heterogeneous composite with the best strength-ductility

Fecal microbiota transplantation for irritable bowel syndrome: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials

ObjectiveWhether fecal microbiota transplantation (FMT) in patients with irritable bowel syndrome (IBS) is effective in improving outcomes remains controversial. We assessed the safety and efficacy of FMT for patients with IBS.MethodsIn this systematic review and meta-analysis, we searched PubMed, Embase, Web of Science, the Cochrane Library, the clinicaltrials.gov and International Clinical Trials Registry Platform (ICTRP) up to February 25, 2022, updated to March 28, 2023. Randomized controlled trials (RCTs) compared the stool and capsule FMT with placebo in patients with IBS were included. Two authors independently assessed study eligibility, extracted the data, and assessed risk of bias. We did meta-analysis with RevMan, and the Stata software was used for sensitivity analysis and meta-regression. The GRADE system was used to assess the quality of evidences. Mean difference (MD) or standardized Mean difference (SMD) with 95% CI for continuous data, and risk ratios (RR) with 95% CI for dichotomous data were used with random-effects models. The primary outcomes included the clinical response rate and IBS-SSS score. This study is registered with PROSPERO: CRD42022328377.ResultsNineteen reports from nine RCTs were included finally. Compared with the placebo, a single stool FMT could significantly decrease the IBS-SSS score at 1 month (MD=-65.75, 95%CI [-129.37, -2.13]), 3 months (MD=-102.11, 95% CI [-141.98, -62.24]), 6 months (MD=-84.38, 95%CI [-158.79, -9.97]), 24 months (MD=-110.41, 95%CI [-145.37, -75.46]), and 36 months (MD=-104.71, 95%CI [-137.78, -71.64]). It also could improve the clinical response rate at 3 months (RR=1.91, 95% [1.12, 3.25]), 24 months (RR=2.97, 95% [1.94, 4.54]), and 36 months (RR=2.48, 95% [1.65, 3.72]), and increase the IBS-QoL score at 3 months, 24 months, and 36 months. FMT did not increase the serious adverse event. The risk of bias was low, and the quality of evidence based on GRADE system was moderate in the stool FMT group. However, we did not find positive effect of capsule FMT on patients with IBS based on the current available data.ConclusionA single stool FMT is effective and safe for patients with IBS. However, some factors may affect the effectiveness of FMT, and the relationship between the gut microbiome and the effect of FMT for IBS is still unclear.Systematic review registrationhttps://www.crd.york.ac.uk/prospero/, identifier CRD42022328377

A Dual-Function Wearable Electrochemical Sensor for Uric Acid and Glucose Sensing in Sweat

Simultaneous detection of uric acid and glucose using a non-invasive approach can be a promising strategy for related diseases, e.g., diabetes, gout, kidney disease, and cardiovascular disease. In this study, we have proposed a dual-function wearable electrochemical sensor for uric acid and glucose detection in sweat. The sensor with a four-electrode system was prepared by printing the ink on a common rubber glove. CV and chronoamperometry were used to characterize the prepared sensor’s electrochemical sensing performance. The sensors exhibited the linear range from 0 to 1.6 mM and 0 to 3.7 mM towards uric acid and glucose electrochemical sensing in phosphate-buffered solution, with the corresponding limit of detection of 3.58 μM and 9.10 μM obtained, respectively. Moreover, the sensors had shown their feasibility of real sample sensing in sweat. The linear detection range for uric acid (0 to 40 μM) and glucose (0 to 1.6 mM) in the sweat can well cover their concentration range in physiological conditions. The prepared dual-function wearable electrochemical sensor features easy preparation, fast detection, high sensitivity, high selectivity, and the practical application potential in uric acid and glucose sensing

Key technologies for seismic reservoir characterization of high water-cut oilfields

Reservoir characterization in mature oil fields with high water cut faces the challenges of small geological bodies, large well density, and data acquisition spreading over long periods. To solve these problems, systematic research on seismic reservoir characterization was carried out, and a technical solution was proposed based on well-controlled seismic data processing, well-controlled seismic data interpretation and well-constrained seismic inversion. This technical route includes five suites of key technologies. (1) Rock physics analysis, including seismic reservoir-prediction-oriented well log processing and interpretation, rock physics modeling and its application, selection of parameters sensitive to lithology, physical property and hydrocarbon. (2) Well-controlled seismic data processing, including well-controlled high-resolution data processing, amplitude-preserved data processing and quality control. (3) Well-controlled fine structure interpretation, including well-controlled minor fault interpretation, well-controlled seismic horizon tracing and well-controlled structure mapping. (4) Well-constrained seismic inversion, including deterministic inversion and stochastic inversion. (5) Seismic-constrained reservoir modeling and numerical simulation. Despite the high well density in a high water cut oil field, reservoirs between wells cannot be clearly defined by known well data. The effect of seismic reservoir characterization can be improved significantly only by bringing dense well data into full play and through multi-disciplinary approaches. Key words: well-seismic conformity, rock physics, well-control processing, well-control interpretation, seismic stochastic inversion, seismic and reservoir engineering integratio