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Microstructure of die-cast alloys Mg–Zn–Al(–Ca): a study by electron microscopy and small-angle neutron scattering

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Veröffentlicht/Copyright: 5. Februar 2022
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International Journal of Materials Research
Aus der Zeitschrift International Journal of Materials Research Band 94 Heft 5

Abstract

The microstructure of a magnesium die-cast alloy with 8 wt.% Zn and 5 wt.% Al (ZA85) and of two alloy modifications with 0.3 and 0.9 wt.% Ca (ZACa8503 and ZACa8509) are compared. Optical, scanning electron and transmission electron microscopy (TEM) were used to study the microstructure in as-cast and annealed conditions. Small-angle neutron scattering (SANS) measurements were carried out to characterize the early stages of the precipitation process. The die-cast microstructure of ZA85, ZACa8503 and ZACa8509 consists of dendritic α-Mg grains and coarse intermetallic grain-boundary phases. In the Ca-free ZA85 alloy, grain boundaries are decorated with a quasi-crystalline phase with icosahedral point-group symmetry (I phase), a metastable modification of the equilibrium τ phase (Mg32(Al, Zn)49). At the grain boundaries of the Ca-containing ZA85 alloys, small amounts of the stable cubic τ phase Mg32(Al, Zn, Ca)49 as well as Al2(Ca, Zn) phase, were detected in addition to the I phase. In the as-cast condition, regions supersaturated with Al and Zn were found to surround the α-Mg grains and to become τ phase precipitation sites during high-temperature annealing in all alloys investigated. TEM and SANS measurements revealed no influence of Ca on the size distribution and the coarsening rate of the precipitates, which are formed by a continuous precipitation process.

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Mikrostruktur einer Mg-Druckgusslegierung mit nominell 8 Gew.% Zn und 5 Gew.% Al (ZA85) untersucht. Weiterhin wurden zwei mit 0.3 und 0.8 Gew.% Ca modifizierte ZA85 Legierungen (ZACa8503 und ZACa8509) hergestellt und charakterisiert. Licht-, rasterelektronen- und transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen wurden eingesetzt, um die Mikrostruktur im Druckgusszustand und nach verschiedenen Wärmebehandlungen zu analysieren. Zur Charakterisierung des Anfangsstadiums der in diesen Legierungen auftretenden Ausscheidungsvorgänge wurden Neutronenkleinwinkelstreuexperimente (SANS) durchgeführt. Die Mikrostruktur der druckgegossenen ZA- und ZACa-Legierungen besteht zum Großteil aus dendritischen α-Mg-Körnern und einer quasikristallinen Korngrenzphase (I-Phase), die eine metastabile Modifikation der kubischen Gleichgewichtsphase τ (Mg32(Al, Zn)49) darstellt. Neben der I-Phase können in den Ca-haltigen Legierungen ZACa8503 und ZACa8509 zusätzlich geringe Mengen an Al2(Ca, Zn) und an der kristallinen Modifikation der τ-Phase auf den Korngrenzen detektiert werden. Entlang der Dendrit- bzw. Korngrenzen sind die α-Mg-Körner von Säumen aus übersättigtem α-Mg-Mischkristall umgeben. Während der Wärmebehandlungen kommt es, speziell in den übersättigten Bereichen nahe der Korngrenzen, zur Bildung von Ausscheidungen der τ-Phase. Die SANS-Messungen zeigen, dass das Calcium, das zum größten Teil in den intermetallischen Korngrenzphasen gelöst ist, keinen Einfluss auf die Größe und den Volumenanteil dieser Ausscheidungen ausübt.

Keywords: Mg alloys; Microstructure; Small-angle neutron scattering

Dedicated to Professor Dr. Otmar Vöhringer on the occasion of his 65th birthday

Prof. Dr. E. Arzt Max-Planck-Institut für Metallforschung Heisenbergstr. 3, D-70569 Stuttgart, Germany Tel.: +49 711 689 3401 Fax: +49 711 689 3412

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Received: 2002-10-15
Published Online: 2022-02-05

© 2003 Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Frontmatter
  2. Editorial
  3. Editorial
  4. Articles/Aufsätze
  5. On the dislocation mechanisms of dynamic strain ageing in fatigued plain carbon steels
  6. Effect of the γ’ volume fraction on the creep strength of Ni-base superalloys
  7. Auswirkung von Ausscheidungen auf das bestrahlungsinduzierte Schwellverhalten und die Hochtemperaturversprödung in dem austenitischen Stahl X10 CrNiMoTiB 15 15
  8. Fatigue life and cyclic deformation behaviour of quenched and tempered steel AISI 4140 at two-step stress- and total-strain-controlled push–pull loading
  9. Untersuchungen zur Anrisslebensdauervorhersage gekerbter Proben mit dem örtlichen Konzept am Beispiel des Stahls Cm15
  10. Bewertung des Ermüdungsverhaltens von Radstählen anhand von Dehnungs-, Temperatur- und Widerstandsmessungen
  11. On the nature of internal interfaces in tempered martensite ferritic steels
  12. Ermittlung von Grenzformänderungskurven an laser- und elektronenstrahlgeschweißten Stahlblechplatinen
  13. Point defects, precipitates and the strength anomaly in ordered Fe–Al alloys
  14. Isothermal high-temperature fatigue behaviour of a near-γ titanium aluminide alloy
  15. Slow fatigue crack growth in 2024-T3 and Ti-6Al-4V at low and ultrasonic frequency
  16. Structural evolution during the cycling of NiTi shape memory alloys
  17. Phase transformations due to isochronal annealing of Mg – rare earth – Sc–Mn squeeze cast alloys
  18. Isothermal strain-controlled quasi-static and cyclic deformation behavior of magnesium wrought alloy AZ31
  19. Microstructure of die-cast alloys Mg–Zn–Al(–Ca): a study by electron microscopy and small-angle neutron scattering
  20. TEM study of the dislocation structure at the transition from discontinuous to viscous glide in Cu–Al and Cu–Mn alloys at elevated temperatures
  21. Application of electron backscatter diffraction in the SEM to textural problems of coated high-temperature superconductors
  22. Oxide dispersion-strengthened silver: manufacturing and properties
  23. Integrative finite element simulation of the rolling of Al alloys with coupled dislocation density and texture models
  24. Microstructure, surface topography and mechanical properties of slip cast and powder injection moulded microspecimens made of zirconia
  25. Thermisch leitfähig modifizierte Funktionskunststoffe
  26. Tailoring nanocrystalline materials towards potential applications
  27. High-strength Cu–Ti-rich bulk metallic glasses and nano-composites
  28. Nanoskalige Schutzschichten für hochbeanspruchte Werkzeuge und Bauteile
  29. Prediction of the critical conditions for dynamic recrystallization in metals
  30. Notifications/Mitteilungen
  31. Personal/Personelles
  32. Conferences/Konferenzen
https://doi.org/10.1515/ijmr-2003-0099
Schlagwörter für diesen Artikel
Mg alloys; Microstructure; Small-angle neutron scattering

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  1. Frontmatter
  2. Editorial
  3. Editorial
  4. Articles/Aufsätze
  5. On the dislocation mechanisms of dynamic strain ageing in fatigued plain carbon steels
  6. Effect of the γ’ volume fraction on the creep strength of Ni-base superalloys
  7. Auswirkung von Ausscheidungen auf das bestrahlungsinduzierte Schwellverhalten und die Hochtemperaturversprödung in dem austenitischen Stahl X10 CrNiMoTiB 15 15
  8. Fatigue life and cyclic deformation behaviour of quenched and tempered steel AISI 4140 at two-step stress- and total-strain-controlled push–pull loading
  9. Untersuchungen zur Anrisslebensdauervorhersage gekerbter Proben mit dem örtlichen Konzept am Beispiel des Stahls Cm15
  10. Bewertung des Ermüdungsverhaltens von Radstählen anhand von Dehnungs-, Temperatur- und Widerstandsmessungen
  11. On the nature of internal interfaces in tempered martensite ferritic steels
  12. Ermittlung von Grenzformänderungskurven an laser- und elektronenstrahlgeschweißten Stahlblechplatinen
  13. Point defects, precipitates and the strength anomaly in ordered Fe–Al alloys
  14. Isothermal high-temperature fatigue behaviour of a near-γ titanium aluminide alloy
  15. Slow fatigue crack growth in 2024-T3 and Ti-6Al-4V at low and ultrasonic frequency
  16. Structural evolution during the cycling of NiTi shape memory alloys
  17. Phase transformations due to isochronal annealing of Mg – rare earth – Sc–Mn squeeze cast alloys
  18. Isothermal strain-controlled quasi-static and cyclic deformation behavior of magnesium wrought alloy AZ31
  19. Microstructure of die-cast alloys Mg–Zn–Al(–Ca): a study by electron microscopy and small-angle neutron scattering
  20. TEM study of the dislocation structure at the transition from discontinuous to viscous glide in Cu–Al and Cu–Mn alloys at elevated temperatures
  21. Application of electron backscatter diffraction in the SEM to textural problems of coated high-temperature superconductors
  22. Oxide dispersion-strengthened silver: manufacturing and properties
  23. Integrative finite element simulation of the rolling of Al alloys with coupled dislocation density and texture models
  24. Microstructure, surface topography and mechanical properties of slip cast and powder injection moulded microspecimens made of zirconia
  25. Thermisch leitfähig modifizierte Funktionskunststoffe
  26. Tailoring nanocrystalline materials towards potential applications
  27. High-strength Cu–Ti-rich bulk metallic glasses and nano-composites
  28. Nanoskalige Schutzschichten für hochbeanspruchte Werkzeuge und Bauteile
  29. Prediction of the critical conditions for dynamic recrystallization in metals
  30. Notifications/Mitteilungen
  31. Personal/Personelles
  32. Conferences/Konferenzen
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