Droplet Solidification of Impulse Atomized Al-0.61Fe and Al-1.9Fe
Résumé
Al-0.61wt%Fe and Al-1.9wt%Fe alloys were atomized in helium and nitrogen atmospheres, using impulse atomization. The microstructure of the droplets atomized in helium and nitrogen were characterized using a number of techniques including X-ray diffraction, micro-tomography and scanning electron microscopy (SEM). In both alloys, a fully dendritic microstructure with -Al present as the primary phase and lamellar interdendritic regions were found. The volume fraction of eutectic was measured as a function of particle size, atomized gas and Fe content. These measurements clearly indicate that a significant amount of microsegregation and metastability occurs for both alloys. Measurements of the volume fraction of eutectic were used to estimate the degree of eutectic undercooling. It is found that assuming that the eutectic is composed of -Al and Al4Fe phases, the undercooling is about 10°C and 17°C for the 0.61 and the 1.9 wt% Fe alloys. The maximum solubility of Fe in the primary -Al phase is 0.068 wt% and 0.12 wt% in the 0.61 and 1.9 wt% Fe alloys and the eutectic is found at 3.1 and 5.5 wt% Fe for these two alloys, respectively. Calculated cooling rates using the metastable values of the phase diagram for each alloy showed that the cooling rates ranged from 20 to 10,000 K/s. The measured cell spacing , was linked to the cooling rate CR according to the equation = B ¥ CR-n where B and n are constants, depending on the composition of the alloy. Good agreement was found between the experimentally determined coefficients B and n and those calculated from the coarsening model proposed by Kurz and Fisher [1]. / On a pulvérisé les alliages Al-0.61% en poids Fe et Al-1.9% en poids Fe en atmosphères d'hélium ou d'azote, en utilisant la pulvérisation par impulsion. On a caractérisé la microstructure des gouttelettes pulvérisées dans l'hélium et l'azote en utilisant une variété de techniques incluant la diffraction des rayons X, la micro-tomographie et la microscopie électronique à balayage (SEM). Chez les deux alliages, on a trouvé une microstructure entièrement dendritique avec Al- comme phase primaire et des régions interdendritiques lamellaires. On a mesuré la fraction volumique de l'eutectique en fonction de la taille de particule, du gaz de pulvérisation et de la teneur en Fe. Ces mesures indiquent clairement qu'une quantité importante de micro-ségrégation et de métastabilité a lieu chez les deux alliages. On a utilisé les mesures de fraction volumique de l'eutectique pour estimer le degré de surfusion de l'eutectique. On a trouvé, en assumant que l'eutectique est composé de phases Al- et Al4Fe, que le surfusion est d'environ 10°C et 17°C pour les alliage de 0.61% en poids et 1.9% en poids de fer. La solubilité maximale du Fe dans la phase primaire Al- est de 0.068% en poids et 0.12% en poids dans les alliages de 0.61 et 1.9% en poids de Fe et l'on trouve l'eutectique à 3.1 et 5.5% en poids de Fe pour ces deux alliages, respectivement. Les taux de refroidissement calculés en utilisant les valeurs métastables du diagramme de phase de chaque alliage ont montré que ceux-ci variaient de 20 à 10,000 K/s. La mesure d'espacement de la cellule était liée au taux de refroidissement CR d'après l'équation = B ¥ CR-n où B et n sont des constantes, dépendantes de la composition de l'alliage. On a trouvé un bon accord entre les coefficients B et n déterminés expérimentalement et ceux calculés à partir du modèle de grossissement proposé par Kurz et Fisher [1].