Microstructure Changes in Isochronally Annealed Alumina Fibre Reinforced Mg–Ag–Nd–Zr Alloy

Abstract

The commercial alloy QE22 (Mg–Ag–;Nd–Zr alloy) was reinforced by 22 vol% δ-Al2O3 short fibres applying the squeeze cast technology. Precipitation effects were studied in this material after a preceding solution heat treatment by isochronal annealing up to 300 °C by means of electrical resistivity, hardness and reversible stress relaxation measurements. The annealing response of the properties was compared to the annealing response of the unreinforced matrix alloy. The microstructure changes were studied in detail by transmission electron microscopy. A sharp drop of resistivity between 180 and 280 °C was found on normalised resistivity annealing curves of both reinforced and unreinforced specimens due to the redistribution of solutes. In composites the fibres act as nucleation centres in the precipitation process promoting e.g. precipitation of Al2Nd or Ag compounds. The Al content in the matrix is enhanced due to the decomposition of the preform binder. The evolution of the particle population inside the grains involves the formation of new Al2Nd-like cubic particles between 120 and 180 °C. Above 180 °C these particles are continuously substituted by hexagonal β-phase and/or tetragonal Mg12Nd particles. This process finishes at 300 °C by the transformation of all new particles to semicoherent Mg12Nd precipitates. The precipitation process in grain interiors of the unreinforced alloy is different involving only change of the morphological features of tetragonal semicoherent Mg12Nd particles existing in the alloy already in the initial state after solution heat treatment. Die kommerzielle Legierung QE22 (Mg–Ag–Nd–Zr) wurde im Preßgießverfahren mit 22 Vol.-% δ-Al2O3 Kurzfasern verstärkt. Die Untersuchung des Ausscheidungsverhaltens während isochroner Wärmebehandlungen bis 300 °C nach vorangegangenem Lösungsglühen erfolgte über die Bestimmung der Änderung des elektrischen Widerstandes, der Härte und der reversiblen Spannungsrelaxation. Die Auswirkung der Wärmebehandlung auf die Eigenschaften der verstärkten Proben wurden mit den Eigenschaften ebenfalls wärmebehandelter unverstärkter Proben verglichen. Transmissionselektronenmikroskopie diente zur detaillierten genauen Beschreibung der Gefügeänderungen. Zwischen 180 und 280 °C ergibt sich für beide Materialien ein starker Abfall des elektrischen Widerstands infolge der Umverteilungen der Legierungsatome. Im Verbundwerkstoff kommt es im Verlauf der Wärmebehandlung zur bevorzugten Keimbildung auf den Fasern, was zur Ausscheidung z. B. von Al2Nd oder Ag Verbindungen führt. Der Al Gehalt im Verbundwerkstoff ist als Folge der Zersetzung des Al2O3-Binders des Faserformkörpers erhöht. Im Korninneren bilden sich zwischen 120 und 180 °C Al2Nd-ähnliche, kubische Ausscheidungen. Oberhalb von 180 °C werden diese Partikel kontinuierlich durch β-Phase bzw. tetragonale Mg12Nd ersetzt. Dieser Prozeß endet bei 300 °C mit der Umwandlung der neugebildeten Ausscheidungen in teilkohärentes Mg12Nd. In der unverstärkten Legierung ist der Ausscheidungsprozeß im Korninneren hauptsächlich durch Änderungen der Mg12Nd Morphologie charakterisiert.