| dc.description.abstract | Processing of Al-Mg-Si alloys requires tight control of the various secondary Mg-Si phases that form during the processing steps. In this regard, the cooling stage after homogenisation is a crucial step because of the formation of equilibrium β-Mg2Si particles which have a significant impact on subsequent processing steps and final properties of the alloy. The purpose of this study has been to identify important microstructural factors for the formation of β-Mg2Si during cooling and to develop a model for the evolution of these phases. Therefore, this project consists of an experimental part and a modelling part.
In the experimental study, the precipitation of β-Mg2Si during cooling after homogenisation was investigated in a balanced Al-1.0 wt.%-Mg2Si alloy with different levels of impurities and distribution of these in the microstructure. The level of impurities was varied by casting alloys with different levels of iron, which forms constituent particles that are well-known nucleation sites for β-Mg2Si. In addition, alloys were cast based on high-purity aluminium to create completely iron-free material and material with large grains. The experiments were based on interrupted cooling with constant rates in the range 1-6 K/min. Characterisation of the phase transformation was conducted with light optical and scanning electron microscopy in addition to electrical conductivity measurements. No effect of increasing iron levels on precipitation of β-Mg2Si was found in any of the investigated microstructures. Furthermore, a comparison with the pure ternary Al-Mg2Si alloy showed that nucleation occurs readily without the presence of larger constituent phases. The underlying dislocation/boundary structure as created by the solidification process or thermomechanical processing is proposed to be the most important factor for precipitation of β-Mg2Si.
A precipitation model based on the frequently used mean-field KWN concept was developed and applied to modelling of the experimental data. Different nucleation and growth models were implemented and evaluated with respect to their impact on the result and computational efficiency. It is found that despite recent developments in nucleation theory, nucleation remains the major bottleneck in precipitation models, as no reliable theory exists for prediction of actual number densities and size distributions. Still, these models do have the potential to be a valuable tool for predicting phase transformation kinetics during advanced processing of Al-Mg-Si alloys, but eventually need extensive testing in cases involving both precipitation and dissolution.
Sammendrag
Etter jern, er aluminium metallet det produseres mest av på verdensbasis. Det brukes til alt fra brusbokser til flyvinger, gjerne hvor vekt er en avgjørende egenskap. For smiing, som betyr forming i fast tilstand, er legeringer med magnesium og silisium (Al-Mg-Si) de mest vanlige, med omtrent 90% av verdensmarkedet. Disse legeringene karakteriseres ved at legeringselementene danner ulike typer partikler i materialet som bestemmer egenskapene til materialet både under prosessering og til sluttproduktet.
Alle metaller inneholder detaljer som ikke sees med det blotte øye. Eksempelvis består de fleste metaller av mange mindre krystaller, også kalt korn. Til sammen utgjør disse ørsmå detaljene materialets «mikrostruktur». I dette prosjektet, ble effekten av noen viktige mikrostrukturparametere på dannelsen av Mg-Si holdige partikler undersøkt. Dette ble gjort ved å varme opp metallet, for deretter å kjøle det ned slik at partikler dannes og gjøre påfølgende målinger av disse. Blant egenskapene som ble undersøkt, var ulike mengder urenheter, samt fordelingen av disse ved ulik prosessering. Generelt ble det funnet at mengden urenheter ikke har noen påvirkning på dannelsen av Mg-Si holdige partikler, men at det heller er prosesseringen av materialet som er avgjørende.
I tillegg til det eksperimentelle arbeidet, ble det forsøkt å utvikle en modell for dannelsen av Mg-Si partikler. Dette arbeidet viste at det er mulig å predikere utviklingen av partiklene i noen grad, men at disse modellene begrenses av at det ennå ikke finnes noen fullgod teoretisk forståelse for kimdanning, og dermed heller ikke en robust kvantitativ modell.
Aluminium anses som et av flere viktige materialer for gjennomføring av det grønne skiftet. Utvikling av legeringer og tilhørende bearbeiding av disse er derfor i stadig utvikling, spesielt i forbindelse med økt bruk av resirkulert materiale. Kunnskapen fra dette prosjektet er et bidrag til en økt forståelse av hvordan mikrostrukturen påvirker prosesseringsegenskapene til materialet som på sikt kan lede til mer energieffektive og bedre materialer. | en_US |
