Effect of the Quenching Medium and the Solidification Microstructure on the θ′ Precipitation in Al–Al2Cu Eutectic Alloys

Abstract

The precipitation of θ′ particles in the α phase of Al–Al₂Cu eutectic alloys with different solidification microstructure and the effect of the quenching medium on the θ′ precipitation were studied with scanning electron microscopy techniques. The lattice parameter of the α phase was measured by X-ray diffraction techniques. The θ′ particles precipitate in the colony and as-cast structures with the same Widmanstätten structure as has been observed in dilute Al–Cu and Al– Al₂Cu lamellar eutectic alloys. Furthermore, the dependence of the density of these particles with the cooling medium and the α phase width indicates that only a fraction of the high temperature equilibrium Copper concentration is retained at room temperature. This can be explained by the precipitation of Cu-atoms onto the θ phase during the cooling time. The fraction retained increases with the quenching rate and/or the α phase width. The density of θ′ particles also depends on the solidifiation microstructure, being higher in the lamellar structure than in the as-cast one. This dependence is understood as caused by a lower precipitation rate of Cu atoms onto the θ phase in the lamellar structure than in the as-cast one, consistent with a larger degree of coherency of the lamellar interface.

Résumé

A l'aide des techniques de la microscopie électronique à balayage nous avons analysé la precipitation des particules θ′ dans la phase α d'alliages eutectiques Al–Al₂Cu possédant différentes microstructures de solidification ainsi que l'effet du milieu de trempe sur la précipitation de θ′. La paramètre de la maille de la phase α a été mesuré par des techniques de diffraction X. Les particules θ′ précipitent dans la colonie et dans les structures brutes de coulée avec la même structure de Widrnanstätten qui a été observée dans les alliages eutectiques lamellaires Al–Cu et Al–Al₂Cu. De plus, l'influence du milieu de refroidissement et de la largeur de la phase α sur la densité de ces particules, indique que seulement une fraction de la concentration d'équilibre à haute température du cuivre est retenue à la température ambiante. Ceci peut-être expliqué par la précipitation des atomes de Cu sur la phase θ pendant le refroidissement. La fraction retenue augmente avec la vitesse de trempe et/ou la largeur de la phase α.La densité des particules θ′ dépend aussi de la microstructure de solidification, étant plus élevée dans une structure larnellaire que dans une structure brute de coulée. On croit que cette dépendance est causée par une plus faible vitesse de précipitation des atomes de Cu sur la phase θ dans la structure lamellaire que dans une structure brute de coulée. Ceci concorde avec un degré plus élevé de cohérence de l'interface lamellaire.