Evolution of primary α-Al particles during isothermal transformation of rheocast semi solid metal billets of A356 Al–Si alloy

Abstract

Semi solid metal (SSM) processing is a relatively new technology for metal forming, different from the conventional metal shaping technologies that use either solid or liquid metals as the starting material. Semi solid metal processing deals with semi solid slurries, in which non-dendritic solid particles are dispersed in a liquid matrix. The solid volume fraction could vary between 0·1–0·5 with apparent viscosity close to that of liquid state. The slurry flows easily under pressure and makes complicated shapes with high degree of die filling and integrity. There are different ways to prepare SSM slurries including the application of direct or indirect mechanical stirring, chemical treatments of the melt, and manipulation of pouring temperature.One of the important parameters controlling the mechanical and flow characteristics of SSM billets is the morphology of the primary solid phase, e.g. α-Al for Al–Si alloys. The morphological evolution of primary α-Al particles of SSM processed A356 Al–Si billets is studied with variant soaking times, 0–480 s, at 595°C, i.e. 0·33 fraction solid before the applied compression force. The effect of applied compression force of 33 kgf on the evolution of dendritic morphology was also investigated at the same temperature and within the same holding time range. The microstructure was characterised quantitatively and showed that spheroidisation and coarsening are active during the course of treatment with the application of compressive forces bringing about further refinement.Le traitement de métal à l’état semi-solide (SSM) est une technologie relativement nouvelle de formage des métaux, différente des technologies conventionnelles de façonnage des métaux qui utilisent des métaux soit à l’état solide ou liquide comme matériel de départ. Le traitement SSM traite des coulis à l’état semi-solide, dans lesquels des particules solides non-dendritiques sont dispersées dans une matrice liquide. La fraction volumique du solide peut varier entre 0·1 et 0·5, avec une viscosité apparente proche de celle de l’état liquide. Le coulis s’écoule facilement sous pression en des formes compliquées avec un haut degré de remplissage du moule et d’intégrité. Il existe différentes façons de préparer les coulis de SSM, incluant l’application d’agitation mécanique directe ou indirecte, les traitements chimiques du bain et la manipulation de la température de coulage.L’un des paramètres importants contrôlant les caractéristiques mécaniques et d’écoulement des billettes de SSM est la morphologie de la phase solide primaire, par exemple Al-α dans les alliages d’Al–Si. On a étudié l’évolution morphologique des particules primaires d’Al-α de billettes traitées en SSM d’Al–Si A356, avec des temps d’incubation variant de 0 à 480 s, à 595°C – c’est-à-dire fraction solide de 0·33 avant la force appliquée en compression. On a également examiné l’effet de la force de compression appliquée de 33 kgf sur l’évolution de la morphologie dendritique, à la même température et dans la même gamme de temps de rétention. On a caractérisé quantitativement la microstructure et l’on montre que la sphéroïdisation et le grossissement sont actifs tout au long du traitement, l’application de forces compressives amenant davantage d’affinement.