P. Vostrý

Microstructure evolution in isochronally heat treated Mg-Gd alloys

High thermal stability and good mechanical properties are crucial for the wider future application of magnesium alloys. One of the most promising directions is the alloying of Mg with heavy rare earth elements such as Gd, Dy, Tb, etc. Three squeeze cast Mg–Gd binary alloys (up to 15 wt% Gd) have been investigated after a solution heat treatment by isochronal annealing up to 500 °C using electrical resistivity and hardness measurements. The microstructural development during this treatment, responsible for the observed changes, was observed by transmission electron microscopy. The decomposition of α′-Mg supersaturated solid solution in Mg–14.55 wt% Gd with increasing heating temperature is as follows: β″ (D019) metastable phase β′ (c-b.c.o.) metastable phase β(Mg5Gd f.c.c.) stable. Peak hardening is achieved by a heat treatment resulting in precipitation of β′ phase in the shape of fine plates parallel to all three 21-1-0 planes of the α-Mg matrix. At higher temperatures (above 280 °C) coarsening occurs and only one orientation of β′ plates remains. The decomposition of Mg–4.47 wt% Gd and Mg–9.33 wt% Gd alloys differs from that of Mg–14.55 wt% Gd by the absence of the β′ phase. Um das Anwendungsfeld fur Magnesiumlegierungen zu erweitern, ist die Entwicklung von Legierungen mit hoher thermischer Stabilitat bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften erforderlich. Eine der vielversprechendsten Entwicklungen ist das Zulegieren von schweren Seltenen Erden wie z. B. Gd, Dy und Tb. Nach einer Homogenisierungsbehandlung wurden drei presgegossene binare Mg–Gd-Legierungen (bis zu 15 Gew.% Gd) mit Hilfe elektrischer Widerstandsmessungen und Hartemessungen hinsichtlich ihres Verhaltens bei isochronen Gluhungen bis zu 500 °C untersucht. Die wahrend dieser Warmebehandlung eingetretenen mikrostrukturellen Veranderungen wurden mittels transmissionselektronenmiskroskopischer Untersuchungen verfolgt. Mit der Gluhungstemperaturerhohung bilden sich in einer Mg–14,55 Gew% Gd-Legierung folgende Phasen: β″ (D019) metastabile Phase β′ (c-b.c.o.) metastabile Phase β (Mg5Gd f.c.c.) stabil. Die hochsten Hartewerte sind mit einer Warmebehandlung erreichbar, die zur Bildung der β′-Phase in Form feiner Plattchen parallel zu allen drei 21-1-0-Ebenen der Mg-Matrix fuhrt. Bei hoheren Temperaturen (uber 280 °C) bleibt nur eine Orientierung der β′-Phase erhalten und es tritt eine Vergroberung ein. Die korrespondierenden Entmischungsvorgange in einer Mg–4,47 Gew.% Gd- und einer Mg–9,33 Gew.% Gd-Legierung ist durch die Abwesenheit der β′-Phase gekennzeichnet.

Resistivity Changes Due to Precipitation Effects in Fibre Reinforced Mg–Al–Zn–Mn Alloy

The change of electrical properties of alumina short fibre reinforced Mg-Al-Zn-Mn alloy AZ91D during isochronal annealing up to 300°C is discussed. The Saffil fibres were incorporated into the magnesium alloy by direct squeeze casting. The fibre distribution is random planar parallel to the flat faces of the dc four-point resistivity specimens machined from the solution treated castings. A sharp drop of resistivity between 140 and 260°C is explained by the formation of incoherent β-phase particles. Some practical recommendations concerning the use of alumina short fibre reinforced AZ91 alloy are made on the basis of the results obtained.

Microstructure Changes in Isochronally Annealed Alumina Fibre Reinforced Mg–Ag–Nd–Zr Alloy

The commercial alloy QE22 (Mg–Ag–;Nd–Zr alloy) was reinforced by 22 vol% δ-Al2O3 short fibres applying the squeeze cast technology. Precipitation effects were studied in this material after a preceding solution heat treatment by isochronal annealing up to 300 °C by means of electrical resistivity, hardness and reversible stress relaxation measurements. The annealing response of the properties was compared to the annealing response of the unreinforced matrix alloy. The microstructure changes were studied in detail by transmission electron microscopy. A sharp drop of resistivity between 180 and 280 °C was found on normalised resistivity annealing curves of both reinforced and unreinforced specimens due to the redistribution of solutes. In composites the fibres act as nucleation centres in the precipitation process promoting e.g. precipitation of Al2Nd or Ag compounds. The Al content in the matrix is enhanced due to the decomposition of the preform binder. The evolution of the particle population inside the grains involves the formation of new Al2Nd-like cubic particles between 120 and 180 °C. Above 180 °C these particles are continuously substituted by hexagonal β-phase and/or tetragonal Mg12Nd particles. This process finishes at 300 °C by the transformation of all new particles to semicoherent Mg12Nd precipitates. The precipitation process in grain interiors of the unreinforced alloy is different involving only change of the morphological features of tetragonal semicoherent Mg12Nd particles existing in the alloy already in the initial state after solution heat treatment. Die kommerzielle Legierung QE22 (Mg–Ag–Nd–Zr) wurde im Presgiesverfahren mit 22 Vol.-% δ-Al2O3 Kurzfasern verstarkt. Die Untersuchung des Ausscheidungsverhaltens wahrend isochroner Warmebehandlungen bis 300 °C nach vorangegangenem Losungsgluhen erfolgte uber die Bestimmung der Anderung des elektrischen Widerstandes, der Harte und der reversiblen Spannungsrelaxation. Die Auswirkung der Warmebehandlung auf die Eigenschaften der verstarkten Proben wurden mit den Eigenschaften ebenfalls warmebehandelter unverstarkter Proben verglichen. Transmissionselektronenmikroskopie diente zur detaillierten genauen Beschreibung der Gefugeanderungen. Zwischen 180 und 280 °C ergibt sich fur beide Materialien ein starker Abfall des elektrischen Widerstands infolge der Umverteilungen der Legierungsatome. Im Verbundwerkstoff kommt es im Verlauf der Warmebehandlung zur bevorzugten Keimbildung auf den Fasern, was zur Ausscheidung z. B. von Al2Nd oder Ag Verbindungen fuhrt. Der Al Gehalt im Verbundwerkstoff ist als Folge der Zersetzung des Al2O3-Binders des Faserformkorpers erhoht. Im Korninneren bilden sich zwischen 120 und 180 °C Al2Nd-ahnliche, kubische Ausscheidungen. Oberhalb von 180 °C werden diese Partikel kontinuierlich durch β-Phase bzw. tetragonale Mg12Nd ersetzt. Dieser Prozes endet bei 300 °C mit der Umwandlung der neugebildeten Ausscheidungen in teilkoharentes Mg12Nd. In der unverstarkten Legierung ist der Ausscheidungsprozes im Korninneren hauptsachlich durch Anderungen der Mg12Nd Morphologie charakterisiert.

Inhomogeneity of mechanical properties and deformation instabilities in Al-Cu-Li-Mg alloy

Extrusions of complex Al-Li-based alloys often exhibit a strong dependence of mechanical properties on the position of specimens inside the extruded profiles. This paper deals with mechanical testing and electrical resistivity measurements performed on profiles of Al-Cu-Li-Mg alloy with the cross section of the dumb-bell shape, i.e. of a complicated shape, where the inhomogeneity of mechanical properties through the profile is very pronounced. The extruded profiles were exposed to the solution heat treatment and to the subsequent natural or artificial ageing. The specimens were mechanically tested with a constant stress rate at room temperature and exhibited jerky flow with the critical strain for the onset of serrations depending on the position inside the profile. These results support our point of view that the inhomogeneity of mechanical properties reflects an inhomogeneity of precipitation processes due to the persisting inhomogeneity of the structure (i.e. the grain size and the fibre structure of grains).