Effect of equal channel angular pressing on the structure and mechanical properties of Al–6Ca–3Ce alloy

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of equal-channel angular pressing (ECAP) on the structure and mechanical properties of experimental eutectic Al–6Ca–3Ce (wt %) alloy is studied. The ECAP of initial cast blanks is fulfilled under isothermal conditions at a temperature of 200°С using 4 passes and the BC route of extruding. As a result of ECAP, both the strength and plasticity of the alloy are found to increase by 2 and 5 to 15 times, respectively. The anisotropy of properties is found, i.e., the strength in the transverse direction is lower by 5 to 15%, whereas the relative elongation is 3 times higher than those along the lengthwise direction. The achieved combination of properties is due to the formation of ultrafine structure characterized by low density of dislocation and the refinement of eutectic particles. The higher plasticity of samples in the transverse direction is due to the lower length of boundaries of eutectic particles retarding the movement of dislocations.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. A. Andreev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow

M. A. Barykin

National Research Technological University MISiS

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow

R. D. Karelin

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National Research Technological University MISiS

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

V. S. Komarov

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS; National Research Technological University MISiS

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

E. A. Naumova

National Research Technological University MISiS

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. O. Rogachev

Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science; National Research Technological University MISiS

Author for correspondence.
Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

N. Yu. Tabachkova

National Research Technological University MISiS

Email: csaap@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Наумова Е.А., Васина М.А., Черногорова О.П., Рогачев С.О., Задорожный М.Ю., Бобрышева А.О. Исследование влияния церия на структуру и свойства кальцийсодержащих алюминиевых сплавов // Металлург. 2023. № 9. С. 49–57.
  2. Shurkin P.K., Letyagin N.V., Yakushkova A.I., Samoshina M.E., Ozherelkov D.Y., Akopyan T.K. Remarkable thermal stability of the Al–Ca–Ni–Mn alloy manufactured by laser-powder bed fusion // Mater. Letters. 2021. V. 285. P. 129074.
  3. Akopyan T.K., Belov N.A., Lukyanchuk A.A., Letyagin N.V., Sviridova Т.А., Petrova A.N., Fortuna A.S., Musin A.F. Effect of high pressure torsion on the precipitation hardening in Al–Ca–La based eutectic alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2021. V. 802. P. 140063.
  4. Акопян Т.К., Летягин Н.В., Белов Н.А., Кошмин А.Н., Гизатулин Д.Ш. Анализ микроструктуры и механических свойств нового деформируемого сплава на основе ((Al) + Al4(Ca,La))-эвтектики // ФММ. 2020. Т. 121. № 9. С. 1003–1008.
  5. Shen S., Wu C., Li Y., Huang Y., Huang W., Zhang P., Zhong S., Lu Y., Luo G., Gan Z., Liu J. Refining mechanism and elevated-temperature mechanical properties of Al–Ce alloys solidified under super gravity field // Mater. Sci. Eng. A. 2023. V. 879. P. 145191.
  6. Weiss D. Improved High-Temperature Aluminum Alloys Containing Cerium // J. Mater. Eng. Performance. 2019. V. 28. N 4. P. 1903–1908.
  7. Czerwinski F. Cerium in aluminum alloys // J. Mater. Sci. 2020. V. 55. № 1. P. 24–72.
  8. Добромыслов А.В., Талуц Н.И. Структура сплавов системы Al–Fe, изготовленных разными методами, после интенсивной пластической деформации под давлением // ФММ. 2017. Т. 118. № 6. С. 595–602.
  9. Cepeda-Jiménez C.M., García-Infanta J.M., Zhilyaev A.P., Ruano O.A., Carreño F. Influence of the thermal treatment on the deformation-induced precipitation of a hypoeutectic Al–7 wt% Si casting alloy deformed by high-pressure torsion // J. Alloys Comp. 2011. V. 509. P. 636–643.
  10. Estrin J., Murashkin M., Valiev R. Ultrafine-grained aluminium alloys: processes, structural features and properties / in Fundamentals of aluminium metallurgy, by eds R.N. Lumley, Woodhead Publishing, UK, 2011. P. 468–503.
  11. Ширинкина И.Г., Петрова А.Н., Бродова И.Г., Пилюгин В.П., Антонова О.В. Фазовые и структурные превращения в алюминиевом сплаве АМц при разных методах интенсивной пластической деформации // ФММ. 2012. Т. 113. № 2. С. 181–186.
  12. Rogachev S.O., Naumova E.A., Lukina E.A., Zavodov A.V., Khatkevich V.M. High strength Al–La, Al–Ce, and Al–Ni eutectic aluminum alloys obtained by high-pressure torsion // Materials. 2021. V. 14. P. 6404.
  13. Rogachev S.O., Zavodov A.V., Naumova E.A., Chernenok T.V., Lukina E.A., Zadorozhnyy M.Yu. Improvement of strength–ductility balance of Al–Ca–Mn–Fe alloy by severe plastic deformation // Mater. Letters. 2023. V. 349. P. 134797.
  14. Glezer A.M. On the Relation between the Strength and the Plasticity of Metallic Materials // Russian Metallurgy (Metally). 2016. V. 2016. № 10. P. 906–907.
  15. Рогачев С.О. К управлению деформационным упрочнением и пластичностью металлических материалов в широком диапазоне температур // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 10. С. 2–9.
  16. Murashkin M.Y., Sabirov I., Medvedev A.E., Enikeev N.A., Lefebvre W., Valiev R.Z., Sauvage X. Mechanical and electrical properties of an ultrafine grained Al–8.5 wt.% RE (RE= 5.4 wt.% Ce, 3.1 wt.% La) alloy processed by severe plastic deformation // Mater. Design. 2016. V. 90. P. 433–442.
  17. Medvedev A.E., Murashkin M.Y., Enikeev N.A., Bikmukhametov I., Valiev R.Z., Hodgson P.D., Lapovok R. Effect of the eutectic Al–(Ce,La) phase morphology on microstructure, mechanical properties, electrical conductivity and heat resistance of Al–4.5(Ce,La) alloy after SPD and subsequent annealing // J. Alloys Compounds. 2019. V. 796. P. 321–330.
  18. Рогачев С.О., Наумова Е.А., Табачкова Н.Ю., Тен Д.В., Сундеев Р.В., Задорожный М.Ю. Влияние кручения под высоким давлением на структуру и механические свойства сплава Al–Ca–Cu // ФММ. 2023. Т. 124. № 6. С. 550–556.
  19. Ivanisenko Yu., Lojkowski W., Valiev R.Z., Fecht H.-J. The mechanism of formation of nanostructure and dissolution of cementite in a pearlitic steel during high pressure torsion // Acta Mater. 2003. V. 51. N. 18. P. 5555–5570.
  20. Sauvage X., Cuvilly F., Russell A., Edalati K. Understanding the role of Ca segregation on thermal stability, electrical resistivity and mechanical strength of nanostructured aluminum // Mater. Sci. Eng. A. 2020. V. 798. P. 140108.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Microstructure of the Al–6Ca–3Ce alloy in the cast state (optical microscopy).

Download (42KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Microstructure of the Al–6Ca–3Ce alloy formed as a result of ECAP, in the transverse (a) and longitudinal (b) sections of the sample (optical microscopy). The arrow indicates the pressing direction.

Download (82KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Microstructure of the Al–6Ca–3Ce alloy after ECAP, observed in the transverse (a, b) and longitudinal (c, d) sections of the sample (transmission microscopy). In Fig. 3a: 1, 2 — areas in which the MRSA analysis was performed.

Download (82KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Results of MRSA analysis of the Al–6Ca–3Ce alloy after ECAP: (a) spectrum in region No. 1 in Fig. 3a; (b) spectrum in region No. 2 in Fig. 3a.

Download (29KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. X-ray diffraction patterns of the Al–6Ca–3Ce alloy after ECAP, obtained in the longitudinal and transverse sections of the sample.

Download (29KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Stress-strain curves of the Al–6Ca–3Ce alloy before and after ECAP.

Download (14KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».