Published December 9, 2019 | Version v1
Publication Open

Structure Modification upon Ultrasonic Processing of an AA4032 Piston Alloy: Comparison of Permanent Mold and Direct-Chill Casting

Creators

  • 1. King Mongkut's University of Technology Thonburi
  • 2. Brunel University London

Description

Abstract Piston Al-Si alloys have very complex compositions and multi-phase heterogeneous structure, so it is necessary to control the formation of primary and eutectic compounds. In this study, the ultrasonic melt processing (USP) of a eutectic Al-Si piston alloy (AA4032-type) was performed in a permanent mold and during direct-chill (DC) casting to study its effects on the structure refinement and modification. The principal difference between these two ways of casting is that in the permanent mold the solidification front progressively moves towards the ultrasound source, while in the DC casting the position of the solidification front is fixed in space. The results showed that the USP can successfully refine primary Si, Fe-containing intermetallics and aluminum grains. Refinement of primary Si was accompanied by the increase in its amount, which was attributed to both enhanced heterogeneous nucleation and fragmentation. The refinement of Fe-containing intermetallics and Al grains resulted from the fragmentation mechanism and were more pronounced when USP was applied below the liquidus temperature in the permanent mold. However, the eutectic phases coarsened upon USP, and this effect was most pronounced when USP was applied to the semi-solid material. This was related to the strong attenuation of acoustic waves, which effectively heats the semi-solid material and induces corresponding coarsening of the phases. Acoustic streaming induced by an oscillating sonotrode affected the depth of the sump while simultaneously decreasing the macrosegregation, which reflects the dominant role of the melt flow directed against natural convection. The results demonstrated the importance of the solidification stage at which the USP was applied and the specifics of the USP mechanisms acting at the different stages of solidification.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحتوي سبائك مكبس السي المجردة على تركيبات معقدة للغاية وبنية غير متجانسة متعددة المراحل، لذلك من الضروري التحكم في تكوين المركبات الأولية والمفرغة. في هذه الدراسة، تم إجراء معالجة الذوبان بالموجات فوق الصوتية (USP) لسبائك مكبس السي سهلة الانصهار (AA4032 - type) في قالب دائم وأثناء صب البرد المباشر (DC) لدراسة آثاره على صقل الهيكل وتعديله. الفرق الرئيسي بين هاتين الطريقتين من الصب هو أنه في القالب الدائم تتحرك جبهة التصلب تدريجياً نحو مصدر الموجات فوق الصوتية، بينما في الصب DC يتم تثبيت موضع جبهة التصلب في الفضاء. أظهرت النتائج أن USP يمكن أن ينقح بنجاح Si الأساسي، والفلزات التي تحتوي على الحديد وحبوب الألومنيوم. كان صقل Si الأولي مصحوبًا بزيادة في كميته، والتي تعزى إلى كل من تعزيز النواة غير المتجانسة والتجزئة. نتج صقل المعادن البينية المحتوية على الحديد وحبوب Al عن آلية التجزؤ وكانت أكثر وضوحًا عندما تم تطبيق USP تحت درجة حرارة السائل في القالب الدائم. ومع ذلك، فإن المراحل الانصهارية خشنة على USP، وكان هذا التأثير أكثر وضوحًا عندما تم تطبيق USP على المادة شبه الصلبة. كان هذا مرتبطًا بالتوهين القوي للموجات الصوتية، مما يسخن المادة شبه الصلبة بشكل فعال ويحث على التقسية المقابلة للمراحل. أثر التدفق الصوتي الناجم عن سونوترودي متذبذب على عمق الحوض مع تقليل الفصل الكلي في نفس الوقت، مما يعكس الدور المهيمن لتدفق الذوبان الموجه ضد الحمل الحراري الطبيعي. أظهرت النتائج أهمية مرحلة التصلب التي تم فيها تطبيق العرض الفريد من نوعه وخصائص آليات العرض الفريد من نوعه التي تعمل في مراحل التصلب المختلفة.

Translated Description (French)

Les alliages Al-Si à piston abstrait ont des compositions très complexes et une structure hétérogène multiphasée, il est donc nécessaire de contrôler la formation de composés primaires et eutectiques. Dans cette étude, le traitement par fusion ultrasonique (USP) d'un alliage eutectique à piston Al-Si (type AA4032) a été effectué dans un moule permanent et pendant la coulée à refroidissement direct (DC) pour étudier ses effets sur le raffinement et la modification de la structure. La principale différence entre ces deux modes de coulée est que dans le moule permanent, le front de solidification se déplace progressivement vers la source d'ultrasons, tandis que dans la coulée DC, la position du front de solidification est fixe dans l'espace. Les résultats ont montré que l'USP peut raffiner avec succès le Si primaire, les intermétalliques contenant du Fe et les grains d'aluminium. Le raffinement du Si primaire s'est accompagné de l'augmentation de sa quantité, qui a été attribuée à la fois à une nucléation et à une fragmentation hétérogènes accrues. Le raffinement des intermétalliques contenant du Fe et des grains d'Al résultait du mécanisme de fragmentation et était plus prononcé lorsque l'USP était appliquée en dessous de la température du liquidus dans le moule permanent. Cependant, les phases eutectiques se sont grossies sur l'USP, et cet effet était le plus prononcé lorsque l'USP était appliquée au matériau semi-solide. Ceci était lié à la forte atténuation des ondes acoustiques, qui chauffe efficacement le matériau semi-solide et induit un grossissement correspondant des phases. Le flux acoustique induit par une sonotrode oscillante a affecté la profondeur du puisard tout en diminuant simultanément la macro-ségrégation, ce qui reflète le rôle dominant du flux de fusion dirigé contre la convection naturelle. Les résultats ont démontré l'importance du stade de solidification auquel l'USP a été appliquée et les spécificités des mécanismes de l'USP agissant aux différents stades de solidification.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las aleaciones de Al-Si de pistón tienen composiciones muy complejas y estructura heterogénea multifase, por lo que es necesario controlar la formación de compuestos primarios y eutécticos. En este estudio, el procesamiento ultrasónico en estado fundido (USP) de una aleación eutéctica de pistón de Al-Si (tipo AA4032) se realizó en un molde permanente y durante la fundición de enfriamiento directo (DC) para estudiar sus efectos sobre el refinamiento y la modificación de la estructura. La principal diferencia entre estas dos formas de colada es que en el molde permanente el frente de solidificación se mueve progresivamente hacia la fuente de ultrasonidos, mientras que en la colada DC la posición del frente de solidificación se fija en el espacio. Los resultados mostraron que la USP puede refinar con éxito Si primario, intermetálicos que contienen Fe y granos de aluminio. El refinamiento del Si primario estuvo acompañado por el aumento de su cantidad, que se atribuyó tanto a la nucleación como a la fragmentación heterogéneas mejoradas. El refinamiento de los intermetálicos que contienen Fe y los granos de Al resultó del mecanismo de fragmentación y fue más pronunciado cuando la USP se aplicó por debajo de la temperatura de liquidus en el molde permanente. Sin embargo, las fases eutécticas se engrosaron con la USP, y este efecto fue más pronunciado cuando se aplicó la USP al material semisólido. Esto se relacionó con la fuerte atenuación de las ondas acústicas, que calienta efectivamente el material semisólido e induce el correspondiente engrosamiento de las fases. El flujo acústico inducido por un sonotrodo oscilante afectó la profundidad del sumidero y al mismo tiempo disminuyó la macrosegregación, lo que refleja el papel dominante del flujo de fusión dirigido contra la convección natural. Los resultados demostraron la importancia de la etapa de solidificación en la que se aplicó la USP y los detalles de los mecanismos de la USP que actúan en las diferentes etapas de solidificación.

Files

s11661-019-05575-5.pdf.pdf

Files (6.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:410f7f8fa73d23d9f97c5fe4be48934b
6.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تعديل الهيكل عند المعالجة بالموجات فوق الصوتية لسبائك المكبس AA4032: مقارنة بين القالب الدائم والصب المباشر للبرد
Translated title (French)
Modification de la structure lors du traitement par ultrasons d'un alliage à piston AA4032 : comparaison de la coulée en moule permanent et en coulée directe
Translated title (Spanish)
Modificación de la estructura tras el procesamiento ultrasónico de una aleación de pistón AA4032: comparación del molde permanente y la fundición de enfriamiento directo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2994521272
DOI
10.1007/s11661-019-05575-5

Is supplement to
https://openalex.org/W4237999954 (Other)
https://openalex.org/W331071072 (Other)
https://openalex.org/W3024394795 (Other)
https://openalex.org/W2965928676 (Other)
https://openalex.org/W2245077201 (Other)
https://openalex.org/W2244064576 (Other)
https://openalex.org/W2062617465 (Other)
https://openalex.org/W2016584486 (Other)
https://openalex.org/W1992538203 (Other)
https://openalex.org/W1600774571 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1975668553
  • https://openalex.org/W1981289668
  • https://openalex.org/W1982572313
  • https://openalex.org/W1990707455
  • https://openalex.org/W1997930320
  • https://openalex.org/W2008798092
  • https://openalex.org/W2015082528
  • https://openalex.org/W2024788278
  • https://openalex.org/W2032190037
  • https://openalex.org/W2038818329
  • https://openalex.org/W2084762785
  • https://openalex.org/W2086976896
  • https://openalex.org/W2089941923
  • https://openalex.org/W2143826900
  • https://openalex.org/W2318465170
  • https://openalex.org/W2602332652
  • https://openalex.org/W2606049864
  • https://openalex.org/W2617183039
  • https://openalex.org/W2717508067
  • https://openalex.org/W2725738745
  • https://openalex.org/W2750838822
  • https://openalex.org/W2754511329
  • https://openalex.org/W2905568552
  • https://openalex.org/W2909980248
  • https://openalex.org/W2912318345
  • https://openalex.org/W2912343895
  • https://openalex.org/W3000093593
  • https://openalex.org/W341205916
  • https://openalex.org/W4245405115
  • https://openalex.org/W4248926426