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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 9/2014

01.08.2014

Heterogeneous Nucleation of α-Al Grain on Primary α-AlFeMnSi Intermetallic Investigated Using 3D SEM Ultramicrotomy and HRTEM

verfasst von: Wenchao Yang, Shouxun Ji, Xiaorong Zhou, Ian Stone, Geoff Scamans, George E. Thompson, Zhongyun Fan

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 9/2014

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Abstract

Microstructural examination of the Al-5.3Mg-2.4Si-0.6Mn-1.0Fe alloy in the die-cast condition revealed that a significant number of the primary α-AlFeMnSi intermetallic particles were found inside both the coarse α-Al dendrite fragments formed in the shot sleeve and the fine α-Al grains formed in the die cavity. The heterogeneous nucleation of α-Al phase on primary α-AlFeMnSi intermetallic particle was further investigated experimentally. 3-Dimension (3D) scanning electron microscopy ultramicrotomy revealed that the probability of finding at least one primary α-AlFeMnSi intermetallic particle inside each α-Al grain was almost 90 pct. The detailed microstructural analysis identified the primary α-AlFeMnSi intermetallic particle as the α-Al12(Fe,Mn)3Si composition with a body-centered cubic structure and a lattice parameter of a = 1.265 nm. It was found that the primary α-Al12(Fe,Mn)3Si intermetallic particle had a faceted morphology with {110} planes exposed as its natural surfaces. High resolution transmission electron microscopy further confirmed that the crystallographic orientation relationship between α-Al12(Fe,Mn)3Si intermetallic particle and α-Al phase was: [111]α-AlFeMnSi//[110]Al and (1\( \overline{1} \)0)α-AlFeMnSi~6 deg from (1\( \overline{1} \)1)α-Al, and the corresponding interface between two phases could be confirmed as a semi-coherent interface with a lattice misfit of 2.67 pct at 933 K (660 °C), which was considerably smaller than the theoretical limit (5.7 pct) for epitaxial nucleation. Finally, based on these experimental evidences and the epitaxial nucleation model, we concluded that the primary α-Al12(Fe,Mn)3Si intermetallic particles were both potent and effective nucleating substrates for the α-Al phase.

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Metadaten
Titel
Heterogeneous Nucleation of α-Al Grain on Primary α-AlFeMnSi Intermetallic Investigated Using 3D SEM Ultramicrotomy and HRTEM
verfasst von
Wenchao Yang
Shouxun Ji
Xiaorong Zhou
Ian Stone
Geoff Scamans
George E. Thompson
Zhongyun Fan
Publikationsdatum
01.08.2014
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 9/2014
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-014-2346-6

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