Tensile properties and hot tearing susceptibility of cast Al-Cu alloys containing excess Fe and Si

  • PDF / 8,040,301 Bytes
  • 11 Pages / 592.8 x 841.98 pts Page_size
  • 91 Downloads / 200 Views

DOWNLOAD

REPORT


Tensile properties and hot tearing susceptibility of cast Al–Cu alloys containing excess Fe and Si Khalil Ganjehfard 1), Reza Taghiabadi 1), Mohammad Talafi Noghani 1), and Mohammad Hossein Ghoncheh 2) 1) Faculty of Engineering, Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran 2) Department of Mechanical Engineering, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada (Received: 6 February 2020; revised: 1 March 2020; accepted: 6 March 2020)

Abstract: This study was undertaken to investigate the tensile properties and hot tearing susceptibility of cast Al–Cu alloys containing excess Fe (up to 1.5wt%) and Si (up to 2.5wt%). According to the results, the optimum tensile properties and hot tearing resistance were achieved at Fe/Si mass ratio of 1, where the α-Fe phase was the dominant Fe compound. Increasing the Fe/Si mass ratio above unity increased the amounts of detrimental β-CuFe platelets in the microstructure, deteriorating the tensile properties and hot tearing resistance. Decreasing the mass ratio below unity increased the size and fraction of Si needles and micropores in the microstructure, also impairing the tensile properties and hot tearing resistance. The investigation of hot-torn surfaces revealed that the β-CuFe platelets disrupted the tear healing phenomenon by blocking interdendritic feeding channels, while the α-Fe intermetallics improved the hot tearing resistivity due to their compact morphology and high melting point. Keywords: aluminum–copper alloys; castability; fluidity; hot tearing susceptibility

 

1. Introduction Over the last decades, demands on using A206 Al–Cu alloys in automotive and aerospace industries have grown significantly. This growth is mostly due to the excellent strength and ductility and the good fracture toughness of these alloys, which are much higher than those of conventional 3xx casting alloys and close to those of some grades of ductile iron [1–4].  However,  the  poor  casting  characteristics,  especially the long freezing range (505–643°C), poor fluidity, and high hot tearing susceptibility (HTS), significantly restrict the application of these alloys in the production of complex-shape castings such as wheels, cylinder heads, and engine blocks as well as  castings  that  need  to  be  poured  in  gravity-fed   permanent  molds  [3–5]. The  other  issue  with  A206  Al–Cu   alloys  is  the  high  variability  of  their  mechanical  properties, arising from their casting-related defects such as micropores and entrained double oxides [2]. The formation of harmful Fe-bearing compounds can also limit the application of Al–Cu casting alloys. Iron is the most common  impurity  found  in  Al–Cu  alloys  [6].  It  has  been shown  that  due  to  the  sudden  solid-solubility  drop  in  Al    

(from about 1.8wt% at 655°C in liquid to 0.005wt% at 450°C in solid Al) [7–8], the presence of Fe promotes the formation of brittle intermetallics in the microstructure of Al–Cu alloys, where  the  most  important  intermetallics  are  plate-like  βAl7Cu2Fe (referred to as