Influence of impurity element Sn on the precipitation of dispersoids and age hardening precipitates

Abstract

Effekten av mikrolegeringselementer på presipitatherdingen til to forskjellige aluminium-legeringer, AA3003 og AA6082, ble undersøkt. For hver legering ble hardheten, samt elektrisk konduktivitet målt. Ved maksimal hardhet etter utherding ble også mikrostrukturen undersøkt i TEM og/eller STEM. Grunnlegeringen, AA6082, hadde en økning i hardhet på 22% med ulike tilsetninger av Sn og Cu. Ved tilsetning av små mengder Sn ble presipiteringskinetikken under utherding betydelig akselerert. Maksimal hardhet ble oppnådd mellom 2 og 4 timer ved utherding på 185 ̊C. Tilsetningen av Cu sammen med Sn førte til tregere utherding. På den andre siden viste kombinasjonen av Sn og Cu seg å gi høyest hardhet av samtlige prøver. Presipitatene ved maksimal hardhet ble undersøkt i TEM og HRTEM. Den indre delen av presipitatene som førte til herding hadde en forvrengt struktur og et fåtall høy intensitets kolonner. Disse høy intensitets kolonnene antas å være rik i Sn atomer, som kan ha fungert som kimdannere til presipitatene. Den andre grunnlegeringen som ble undersøkt, AA3003, hadde en økning av hardhet på 12% ved tilsetninger av ulike mengder Sn og Cr. Legeringene ble varmet ved 50 ̊C /t opp til 600 ̊C og hardheten ble målt i intervaller på 50 ̊C. Varmebehandlingen var et forsøk på å legge til rette for presipitering av dispersoider som kan ha en herdeeffekt på legeringen. Med tilsetning av Sn, ble maksimal hardhet målt ved 450 ̊C. Tilsetningen av Cr sammen med Sn førte til en tregere herdeprosess på lavere temperaturer. Det ble i tillegg gjort forsøk på legering tilsatt Cr der temperaturen ble holdt ved 375 ̊C i 48 timer, dette viste seg å øke hardheten ved lengre holdetider. Prøvene ved maksimal hardhet og før maksimal hardhet ble undersøkt i TEM for å bestemme fordelingen av dispersoider og tettheten av disse. TEM undersøkelsene viste en homogen fordeling av dispersoider samt høyere tetthet ved økning av temperatur. Den homogene fordelingen samt høye tettheten kan forklare økningen i hardhet. Styrken til legeringene med Sn og Cr ble også undersøkt og en 66% økning av flytegrensen sammenlignet med legeringen i sin homogeniserte tilstand var oppnådd.

The influence of addition of micro alloying elements on the precipitate hardening behaviors of two different aluminium alloys, AA3003 and AA6082, have been studied. For each alloy hardness measurements as well as electrical conductivity measurements were carried out. At the peak hardness of the alloys, the microstructure was examined in TEM and STEM. The first base alloy, AA6082, had an increase in hardness by 22.5% with the addition of different amount of Sn and Cu. With the addition of Sn, the precipitation kinetics during artificial aging was significantly accelerated Peak hardness was reached between 2 and 4 hours after artificial aging at 185 ̊C. The addition of Cu together with Sn seems to slow down the hardening kinetics. However, this combination gives rise to the highest hardness in this alloy. The precipitates, at peak hardness, were examined using TEM and HRTEM imaging. The inner parts of the age hardening precipitates were distorted and had a few high intensity atom columns. These high intensity columns were believed to be rich in Sn atoms, which may act as nucleation sites for precipitation. The second alloy investigated, AA3003, had an increase in 12% with the addition of different amount of Sn and Cr. The alloys were isochronically heated at 50K/h and hardness were measured at a 50 ̊C interval. The heat treatment is used to facilitate the precipitation of dispersoids which can have a dispersion hardening effect. With the addition of Sn, peak hardness was reached at 450 ̊C. The addition of Cr together with Sn seems to slow down the precipitation of dispersoids. However, after longer holding times at 375 ̊C the hardness of the alloy with addition of both Sn and Cr shows a higher hardness in comparison to the base alloy. Samples at the peak hardness and prior to reaching peak hardness were examined in TEM to determine the size of particles and number density. The TEM examination showed that a more homogenous distribution of dispersoids were obtained. The homogenous distribution combined with the high number density can explain the increase in hardness. Strength of the alloy with the addition of Sn and Cr was measured, and an increase of yield strength by 66% was obtained compared to the as-homogenized samples of the same alloy.