고온 부품용 내마모성 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금 설계

본 논문 요약은 [Metals] 저널에 게재된 [Design of Wear-Resistant Diecast AlSi9Cu3(Fe) Alloys for High-Temperature Components] 논문을 기반으로 작성되었습니다.

1. 논문 개요

본 연구는 고온 환경에서 사용될 수 있는 내마모성 다이캐스팅 알루미늄-실리콘-구리 합금을 개발하기 위해 AlSi9Cu3(Fe) 합금을 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr) 원소 첨가를 통해 개선하는 연구입니다. 다양한 수준의 철, 망간, 크롬 함량(Fe: 0.80, 1.00, 1.20 wt.%; Mn: 0.25, 0.40, 0.55 wt.%; Cr: 0.06, 0.10 wt.%)을 가진 여러 합금을 제작하여 브리넬 경도 측정 및 핀온디스크 마모 시험을 상온에서 200°C까지 수행했습니다. 금속 조직학 및 이미지 분석 기술을 사용하여 다양한 합금 수준에 따른 미세 조직 변화를 정량적으로 분석했습니다. 연구 결과는 Fe, Mn, Cr 함량 증가가 주로 다면체, 블록형, 별 모양의 형태로 1차 및 2차 Fe-rich 입자의 석출을 촉진하는 것을 보여주었습니다. 이러한 화합물은 화학 조성 및 형태 변화에 영향을 받지 않는 높은 경도를 나타냈습니다. 고온에서 다이캐스팅 합금은 특히 200°C에서 항상 낮은 평균 경도와 내마모성을 보였지만, 더 많은 양의 Fe-rich 입자가 합금 연화를 보상할 수 있었습니다.

주요 정보:

• 제목: Design of Wear-Resistant Diecast AlSi9Cu3(Fe) Alloys for High-Temperature Components
• 저자: Giulio Timelli, Alberto Fabrizi, Simone Vezzù, Alessandro De Mori
• 발행년도: 2020년
• 저널: Metals
• 키워드: aluminum alloys, high-pressure die casting, sludge, Fe-rich compounds, high temperature, wearing, hardness

2. 연구 배경: 자동차 경량화, 고온 부품, 그리고 알루미늄 합금의 한계

자동차 산업에서 알루미늄 기반 합금에 대한 수요 증가는 차량 경량화 및 성능 향상 필요성에 기인합니다. 경량 재료 사용은 에너지 및 환경 요구 사항을 충족하는 데 필수적입니다. Al-Si 합금은 뛰어난 주조성과 무게 대비 높은 기계적 특성으로 인해 자동차 산업에서 널리 사용됩니다.

인장 및 피로 특성 외에도, 특히 피스톤, 실린더 블록, 내연 기관의 실린더 라이너와 같은 고온 부품용 Al-Si 기반 합금의 마찰 특성을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있습니다 [1-4].

하지만, 알루미늄 합금은 내마모성이 충분하지 않습니다 [5]. 알루미늄 합금의 마찰 거동은 적절한 합금 원소 종류와 양을 조절하거나, 외부 강화상 [6,7] 도입, 그리고 후처리 열처리 [8]를 통해 개선될 수 있습니다.

실리콘 합금은 주조 알루미늄 합금의 내마모성을 개선하는 가장 일반적인 방법입니다. 실리콘 함량을 늘리면 경질 Si 결정 형성이 촉진되어 경도와 내마모성이 증가하지만, 반대로 가공성은 감소합니다. 따라서 과공정 Al-Si 합금(Si > 13 wt.%)은 일반적으로 마찰 응용 분야에 사용되지만, 상업적 응용 분야에서는 Si 함량이 20 wt.%를 초과하지 않습니다 [9].

철(Fe)은 Al-Si 합금의 마찰 거동을 개선할 수 있다고 보고되었으며 [10], 소량의 철 첨가는 고온에서 재료의 기계적 특성과 열 안정성을 향상시킵니다 [11]. 하지만, 철은 일반적으로 Al-Si 주조 합금의 불순물로 간주되며, 최종 기계적 특성에 악영향을 미칩니다. 이는 전형적으로 취성 β-Al₅FeSi (β-Fe) 상 형성 때문이며, 미세 조직에서 침상형 입자로 나타납니다. 침상형 입자 끝단은 응력 집중점으로 작용하여 β-Fe 상 존재는 인장 특성(연성 및 극한 인장 강도)과 내마모성을 전반적으로 감소시킵니다 [12]. 그러나 높은 압력 다이캐스팅(HPDC) 공정에서 발생하는 다이 접착 현상을 완화하거나 제거하기 위해 알루미늄 다이캐스팅 합금에는 높은 Fe 함량이 요구됩니다.

따라서 Al-Si 합금에서 β-Fe 침상형 입자의 부정적인 영향을 완화하기 위한 일반적인 해결책은 전이 금속(Mn, Cr, Ni, Mo, Co) 및 일부 알칼리 토금속(Sr, Be)을 첨가하여 β-Fe 상의 형태를 덜 해롭고 더 조밀한 형태로 수정하는 것입니다 [13-15].

망간은 가장 널리 사용되는 합금 원소이며, 크롬은 경질 1차 α-Al₁₅(Fe,Mn,Cr)₃Si₂ (α-Fe) 입자(슬러지 [18]) 석출을 유도합니다. 이는 침상형 β-Fe 상 대신 형성됩니다. [19]에서 보고된 바와 같이, β-Fe를 α-Fe 상으로 대체하면 내마모성이 향상됩니다. α-Fe 입자는 β-Fe 상에 비해 α-Al 기지와 더 나은 결합력을 보여주므로, 계면 기지/입자에서 균열 형성 가능성을 줄입니다.

슬러지 형성은 HPDC 주조 공정에서 일반적인 문제이며, 여기서 용탕 온도는 다이 및 공구의 작동 수명을 연장하기 위해 다른 주조 공정에 비해 일반적으로 낮습니다. 용융 및 유지 온도와 시간 외에도 합금의 화학 성분은 슬러지 형성에 영향을 미칩니다. 슬러지 인자(철 당량 값 [20,21]이라고도 함)는 1차 α-Fe 입자 석출을 예측하는 데 유용한 매개변수로 널리 알려져 있습니다. 슬러지 인자는 합금의 초기 철, 망간, 크롬 함량으로부터 결정될 수 있습니다 [22,23]:

슬러지 인자 (SF) = (wt.%Fe × 1) + (wt.%Mn × 2) + (wt.%Cr × 3) (1)

이러한 상황에서 자동차 산업은 대량 생산에 적합한 재료와 공정을 사용하여 내마모성 및 고온 저항성 측면에서 최상의 절충안을 요구합니다. 이 때문에 내마모성 자동차 부품은 과공정 Al-Si 합금을 사용하여 HPDC 대신 저압 다이캐스팅으로 생산됩니다. 과공정 합금의 높은 실리콘 결정 밀도는 다이 및 공구 수명을 단축시키기 때문입니다.

반면에 HPDC 사용 능력은 높은 생산 속도, 짧은 사이클 시간, 그리고 더 복잡한 기하학적 구조를 가진 주조품 생산과 같은 여러 가지 장점을 제공할 수 있습니다. 이는 다이의 낮은 마모율을 보장하는 데 필요한 과공정 Al-Si 합금 사용을 유지하고, 마모 및 고온 특성을 최적화하기 위해 슬러지 입자를 적절히 설계함으로써 달성할 수 있습니다.

본 연구에서는 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금을 분석했습니다. 화학 조성 변화는 EN 1706:2010 표준 [24]의 허용 오차 한도에 따라 철, 망간, 크롬 함량을 점진적으로 증가시켜 체계적으로 얻었습니다. 본 논문은 증가된 Fe, Mn, Cr 합금 원소 함량을 가진 제안된 합금 세트를 조사하여, 미세 조직, 경도, 고온 내마모성을 고려합니다.

3. 연구 목적 및 연구 질문

본 연구의 목적은 고온 부품에 적용 가능한 내마모성 다이캐스팅 Al-Si-Cu 합금을 개발하는 것입니다. 이를 위해 AlSi9Cu3(Fe) 합금을 기본으로 하여 철(Fe), 망간(Mn), 크롬(Cr)의 함량을 조절하여 합금 특성을 개선하고자 합니다.

주요 연구 질문:

• AlSi9Cu3(Fe) 합금에서 철, 망간, 크롬 함량 변화는 미세 조직, 특히 Fe-rich 금속간 화합물 입자의 형성과 형태에 어떤 영향을 미치는가?
• 철, 망간, 크롬 함량 변화는 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 경도(상온 및 고온)에 어떤 영향을 미치는가?
• 철, 망간, 크롬 함량 변화는 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 내마모성(상온 및 고온)에 어떤 영향을 미치는가?
• 슬러지 인자(SF)는 합금의 내마모성을 예측하는 데 유용한 매개변수인가?

연구 가설:

• 철, 망간, 크롬 함량 증가는 1차 및 2차 Fe-rich 입자 석출을 촉진하여 슬러지 인자를 증가시킬 것이다.
• Fe-rich 입자 증가는 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 경도 및 내마모성을 향상시킬 것이다.
• 고온에서 경도와 내마모성은 감소하지만, Fe-rich 입자 함량이 높을수록 고온 연화 현상을 완화하고 상대적으로 더 나은 내마모성을 유지할 것이다.
• 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 마모율은 슬러지 인자를 사용하여 예측할 수 있다.

4. 연구 방법론

본 연구는 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 내마모성 개선을 위해 합금 원소 조절을 중심으로 진행되었습니다.

연구 설계:

• 기본 합금(Alloy 1)을 기준으로 Fe, Mn, Cr 함량을 체계적으로 변화시켜 18가지 실험 합금을 제작했습니다.
• Fe 함량: 0.80, 1.00, 1.20 wt.% 수준
• Mn 함량: 0.25, 0.40, 0.55 wt.% 수준
• Cr 함량: 0.06, 0.10 wt.% 수준

데이터 수집 방법:

• 화학 조성 분석: 기본 합금 및 실험 합금의 화학 조성 분석 (표 1, 2).
• 미세 조직 분석: 광학 현미경(OM) 및 주사 전자 현미경(SEM)과 에너지 분산 X선 분광기(EDS)를 사용하여 금속 조직 분석. 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 미세 조직 정량적 분석.
• 경도 측정: 브리넬 경도 시험(ASTM E10-15a [27])을 상온, 150°C, 200°C에서 수행. 나노압입 시험을 상온에서 수행하여 Berkovich 다이아몬드 압입자와 Oliver-Pharr 모델 [28]을 사용하여 Fe-rich 입자의 경도 및 감소된 탄성 계수 측정.
• 마모 시험: 핀온디스크 마모 시험을 건식 슬라이딩 조건에서 상온, 150 ± 5°C, 200 ± 5°C에서 수행. 0.1 m/s의 일정 슬라이딩 속도와 15 N의 하중을 540 m 거리로 적용. 질량 손실을 측정하여 마모율 계산.

분석 방법:

• 정량적 금속 조직학: 이미지 분석을 사용하여 슬러지 입자의 면적 분율 및 미세 조직 특징 정량화.
• 통계 분석: 회귀 분석을 사용하여 마모율을 슬러지 인자 및 온도의 함수로 모델링. 평균 경도 값 및 마모율은 여러 측정값으로부터 계산.
• 슬러지 인자 계산: 식 (1)을 사용하여 슬러지 인자(SF) 계산: 슬러지 인자 (SF) = (wt.%Fe × 1) + (wt.%Mn × 2) + (wt.%Cr × 3) [22,23].
• Oliver-Pharr 모델: Oliver-Pharr 모델을 나노압입 데이터에 적용하여 Fe-rich 입자의 경도 및 영률 평가 [28].

연구 대상 및 범위:

• 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금.
• 2차 AlSi9Cu3(Fe) 주조 합금(Alloy 1) 기반 실험 합금.
• 철 함량 3단계, 망간 함량 3단계, 크롬 함량 2단계 변화.
• 마모 및 경도 시험은 최대 200°C까지 수행.
• Fe-rich 상 특성 분석을 위한 미세 조직 분석.

5. 주요 연구 결과: Fe-rich 입자와 슬러지 인자의 중요성

본 연구는 AlSi9Cu3(Fe) 합금에 Fe, Mn, Cr 함량을 증가시키면 1차 및 2차 Fe-rich 입자 석출이 효과적으로 촉진된다는 것을 입증했습니다. 이러한 입자들은 다면체, 블록형, 별 모양의 형태를 나타냈습니다. 합금의 슬러지 인자(SF)는 Fe, Mn, Cr 함량이 높을수록 증가했습니다. 브리넬 경도 측정 및 핀온디스크 마모 시험 결과, 모든 다이캐스팅 합금은 고온, 특히 200°C에서 경도와 내마모성이 감소했지만, 더 많은 양의 Fe-rich 입자가 고온에서 합금 연화를 보상하는 데 도움이 되었습니다.

통계/정성적 분석 결과:

• 슬러지 분율 vs. 슬러지 인자: "그림 6은 실험 합금의 슬러지 분율을 슬러지 인자의 함수로 나타낸 그래프입니다. 슬러지 양은 SF에 비례하여 증가합니다."
• 마모율 vs. 슬러지 분율 및 슬러지 인자: "그림 10a는 다양한 시험 온도에서 슬러지 화합물의 면적 분율에 대한 실험 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 평균 마모율을 보여줍니다. 마모율은 슬러지 분율에 따라 점진적으로 감소합니다… 다양한 온도에서의 마모율 변화는 슬러지 인자와도 잘 맞습니다(그림 10b)."
• 브리넬 경도 vs. 슬러지 인자: "그림 9는 슬러지 인자의 함수로서의 평균 경도 값을 나타냅니다. 상온에서 경도는 80 HB(SF 1.32인 Alloy 1)에서 95 HB(SF 2.90인 Alloy 18)까지 철, 망간, 크롬 함량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보입니다."
• 슬러지 입자의 경도: "슬러지 입자는 합금 내 철, 망간, 크롬 함량에 관계없이 거의 일정한 높은 경도와 감소된 탄성 계수를 나타냅니다… 슬러지 형태 변화는 경도 값에 반영되지 않는 것으로 보입니다(표 4)." 다면체 슬러지 형태의 경도는 10.6 ± 1.5 GPa, 별 모양 형태는 10.8 ± 1.0 GPa입니다.

데이터 해석:

연구 결과는 슬러지 인자가 Fe-rich 입자의 양과 결과적으로 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 내마모성을 예측하는 데 유용한 매개변수임을 시사합니다. Fe-rich 입자는 다양한 합금 수준으로 인한 형태 및 화학 조성 변화에도 불구하고 일관되게 높은 경도를 나타내며, 이는 전체 내마모성에 기여합니다. 고온은 경도와 내마모성을 모두 감소시키지만, Fe, Mn, Cr의 제어된 첨가를 통해 Fe-rich 입자의 부피 분율을 증가시키면 고온 연화 현상을 효과적으로 완화하고 향상된 내마모 성능을 유지할 수 있습니다.

• Figure Name List:
  • Figure 1. Die cast plate showing the investigated location (dimensions in mm).
  • Figure 2. OM micrograph of diecast base alloy (Alloy 1).
  • Figure 3. SEM micrograph of base alloy; α₁-Fe and α₂-Fe particles are indicated.
  • Figure 4. Bright field TEM micrographs of diecast AlSi9Cu3(Fe) alloy (Alloy 1) showing precipitation in the α-Al matrix: (a) before thermal exposure; after 30 min at (b) 150 °C and (c) 200 °C.
  • Figure 5. Etched microstructure of (a) Alloy 1, SF = 1.32, (b) Alloy 13, SF = 1.82, (c) Alloy 15, SF = 2.21, and (d) Alloy 18, SF = 2.90; the Fe-rich particles appear dark.
  • Figure 6. Sludge area fraction as function of sludge factor, SF.
  • Figure 7. Evolution of the area fraction of sludge particles along the cross section of the plates die cast with different experimental alloys, here indicated with their sludge factor (SF), which was calculated according to Equation (1). The micrographs refer to (a) the casting surface and (b) the center of the plate (Alloy 14); the Fe-rich particles appear dark in the etched microstructures.
  • Figure 8. SEM images of nanoindentation impressions in (a) polyhedral and (b) star-like sludge particles.
  • Figure 9. Brinell hardness tendency as a function of the sludge factor, SF, in the diecast experimental AlSi9Cu3(Fe) alloys.
  • Figure 10. Average wear rate at different temperatures as function of (a) the sludge area fraction and (b) the sludge factor in the diecast experimental AlSi9Cu3(Fe) alloys.
  • Figure 11. Micrographs of fractured (a) α-Al₁₅(Fe,Mn,Cr)₃Si₂ particle and (b) β-Al₅FeSi platelet after wear testing.
  • Figure 12. Effects of Fe, Mn, and Cr additions and test temperature on the friction coefficient at constant sliding distance. Alloys 1 (SF = 1.32) and 18 (SF = 2.90) with the lowest and highest sludge factors are taken as references.

6. 결론 및 논의: 고온 내마모성 Al 합금 설계의 새로운 가능성

주요 결과 요약:

본 연구는 Fe, Mn, Cr 함량을 체계적으로 변화시켜 새로운 다이캐스팅 AlSi9Cu3(Fe) 합금을 성공적으로 설계 및 제작했습니다. Fe, Mn, Cr 함량 증가는 다면체, 블록형, 별 모양 형태의 1차 및 2차 Fe-rich 입자의 부피 분율 증가로 이어졌습니다. 이러한 Fe-rich 입자는 상온에서 경도 증가와 내마모성 향상에 기여합니다. 고온(최대 200°C)은 모든 합금의 경도와 내마모성을 감소시키지만, 더 높은 슬러지 인자를 가진 합금, 즉 더 많은 Fe-rich 입자를 가진 합금은 고온에서 비교적 더 나은 성능을 나타냈습니다. 슬러지 인자는 이러한 합금의 마모율을 예측하는 데 유용한 매개변수로 확인되었습니다.

연구의 학문적 의의:

본 연구는 Fe, Mn, Cr의 제어된 첨가가 다이캐스팅 과공정 Al-Si-Cu 합금의 미세 조직을 맞춤화하고 내마모성을 향상시키는 데 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 기본적인 이해를 높입니다. 특히 고온 응용 분야에서 Fe-rich 금속간 화합물이 마찰 특성 개선에 미치는 역할과 슬러지 인자가 합금 설계에서 예측 도구로서 유효함을 입증했습니다.

실용적 의미:

본 연구 결과는 다이캐스팅 산업, 특히 자동차 분야에 실질적인 의미를 갖습니다. AlSi9Cu3(Fe) 합금에서 Fe, Mn, Cr 함량을 최적화함으로써 향상된 내마모성과 고온 성능을 가진 고압 다이캐스팅 부품을 생산할 수 있습니다. 이는 내연 기관의 피스톤 및 실린더 라이너와 같이 내마모성과 고온 강도가 모두 중요한 부품에 매우 중요합니다.

연구의 한계:

본 연구는 주로 미세 조직, 경도, 마모율 특성에 초점을 맞추었습니다. 마모 표면 및 관련된 특정 마모 메커니즘에 대한 자세한 조사는 본 연구에서 수행되지 않았습니다. 향후 연구에서는 마모 거동에 대한 보다 포괄적인 이해를 얻기 위해 이러한 측면을 탐구할 수 있습니다.

7. 향후 후속 연구 방향

후속 연구 방향:

향후 연구는 이러한 개선된 AlSi9Cu3(Fe) 합금의 마모 메커니즘에 대한 심층 분석에 초점을 맞춰야 합니다. 여기에는 마모 표면 및 표면 하 손상에 대한 자세한 조사가 포함됩니다. 특정 응용 분야에 대한 내마모성 및 고온 성능을 극대화하기 위해 합금 조성, 특히 Fe, Mn, Cr 비율의 추가 최적화를 탐구할 수 있습니다. 크리프 및 피로 거동을 포함한 장기 고온 성능을 조사하는 것도 가치가 있을 것입니다.

추가 탐구가 필요한 영역:

산업 생산에서 이러한 합금 원소 첨가의 비용 효율성을 평가하기 위한 추가 탐구가 필요합니다. 이러한 합금의 미세 조직 및 특성에 대한 다른 합금 원소 및 열처리 영향도 조사할 수 있습니다. 또한 Fe-rich 입자 형태 및 분포를 더욱 개선하여 내마모성에 대한 기여도를 최적화할 가능성을 탐색하는 것이 필요합니다.

8. 참고 문헌

• [1] Rajaram, G.; Kumaran, S.; Srinivasa Rao, T. High temperature tensile and wear behaviour of aluminum silicon alloy. Mater. Sci. Eng. A 2010, 528, 247–253.
• [2] Slattery, B.E.; Perry, T.; Edrisya, A. Microstructural evolution of a eutectic Al-Si engine subjected to severe running conditions. Mater. Sci. Eng. A 2009, 512, 76-81.
• [3] Slattery, B.E.; Edrisya, A.; Perry, T. Investigation of wear induced surface and subsurface deformation in a linerless Al-Si engine. Wear 2010, 269, 298–309.
• [4] Abouei, V.; Saghafian, H.; Shabestari, S.G.; Zarghami, M. Effect of Fe-rich intermetallics on the wear behavior of eutectic Al-Si piston alloy (LM13). Mater. Design 2010, 31, 3518-3524.
• [5] Zhang, J.; Alpas, A.T. Transition between mild and severe wear in aluminium alloys. Acta Mater. 1997, 45, 513-528.
• [6] Pauschitz, A.; Roy, M.; Franek, F. Mechanisms of sliding wear of metals and alloys at elevated temperatures. Tribol. Int. 2008, 41, 584-602.
• [7] Culliton, D.; Betts, A.J.; Kennedy, D. Impact of intermetallic precipitates on the tribological and/or corrosion performance of cast aluminium alloys: a short review. Int. J. Cast Metal. Res. 2013, 26, 65–71.
• [8] Lee, K.Y.; Lee, S.L.; Wu, C.T.; Chen, W.C.; Lin, J.C. Effects of T6 heat treatment on thermal stability and wear behaviour of Al-12.5Si-4.5Cu-1.0Mg alloy. Mater. Sci. Technol. 2012, 28, 639–643.
• [9] Tomida, S.; Nakata, K.; Shibata, S.; Zenkouji, I.; Saji, S. Improvement in wear resistance of hyper-eutectic Al-Si cast alloy by laser surface remelting. Surf. Coat. Tech. 2003, 169–170, 468-471.
• [10] Taghiabadi, R.; Ghasemi, H.M.; Shabestari, S.G. Effect of iron-rich intermetallics on the sliding wear behaviour of Al-Si alloys. Mater. Sci. Eng. A 2008, 490, 162-170.
• [11] Makhlouf, M.M.; Apelian, D.; Wang, L. Microstructure and Properties of Aluminium Die Casting Alloys, 1st ed.; North American Die Casting Association: Rosemont, IL, USA, 1998.
• [12] Dhiman, M.; Dwivedi, D.K.; Sehgal, R.; Bhat, I.K. Effect of iron (wt.%) on adhesive wear response of Al-12Si-1Cu-0.1Mg alloy in dry sliding conditions. Trans. Indian Inst. Met. 2008, 61, 451–456.
• [13] Cao, X.; Campbell, J. Morphology of β-Al5FeSi Phase in Al-Si Cast Alloys. Mater. Trans. 2006, 47, 1303-1312.
• [14] Mahta, M.; Emamy, M.; Cao, X.; Campbell, J. Overview of B-Al5FeSi Phase in Al-Si Alloys; Nova Science Publisher: New York, NY, USA, 2008; pp. 251-271.
• [15] Timelli, G.; Fiorese, E. Methods to neutralize the effects of iron in Al-Si foundry alloys. Metall. Ital. 2011, 103, 9-23.
• [16] Timelli, G.; Bonollo, F. The influence of Cr content on the microstructure and mechanical properties of AlSi9Cu3(Fe) die-casting alloys. Mater. Sci. Eng. A 2010, 528, 273-282.
• [17] Zahedi, H.; Emamy, M.; Razaghian, A.; Mahta, M.; Campbell, J.; Tiryakioğlu, M. The effect of Fe-rich intermetallics on the weibull distribution of tensile properties in a cast Al-5 Pct Si-3 Pct Cu-1 Pct Fe-0.3 Pct Mg alloy. Metall. Mater. Trans. A 2007, 38, 659-670.
• [18] Timelli, G.; Capuzzi, S.; Fabrizi, A. Precipitation of primary Fe-rich compounds in secondary AlSi9Cu3(Fe) alloys. J. Therm. Anal. Calorim. 2016, 123, 249-262.
• [19] Bidmeshki, C.; Aboudei, V.; Saghafian, H.; Shabestari, S.G.; Noghani, M.T. Effect of Mn addition on Fe-rich intermetallics morphology and dry sliding wear investigation of hypereutectic Al-17.5%Si alloy. J. Mater. Res. Technol. 2016, 5, 250-258.
• [20] Cao, X.; Campbell, J. Effect of precipitation of primary intermetallic compounds on mechanical properties of cast Al-11.5Si-0.4Mg alloy. AFS Trans. 2000, 108, 391–400.
• [21] Cao, X.; Campbell, J. The nucleation of Fe-rich phases on oxide films in Al-11.5Si-0.4Mg cast alloys. Metall. Mater. Trans. A 2003, 34, 1409-1420.
• [22] Gobrecht, J. Settling-out of Fe, Mn and Cr in Al-Si casting alloys. Giesserei 1975, 62, 263-266.
• [23] Jorstad, J.L. Understanding sludge. Die Cast. Eng. 1986, 30, 30-36.
• [24] Irish Standard, EN 1706:2010. Aluminium and Aluminium Alloys—Castings-Chemical Composition and Mechanical Properties; CEN-Comité Européen de Normalisation: Brussel, Belgium, 2007.
• [25] Timelli, G.; Ferraro, S.; Grosselle, F.; Bonollo, F.; Voltazza, F.; Capra, L. Mechanical and microstructural characterization of diecast aluminium alloys. Metall. Ital. 2011, 103, 5–17.
• [26] Timelli, G.; Grosselle, F.; Voltazza, F.; Della Corte, E. A new reference die for mechanical properties evaluation in diecasting, Part 1-Design and process optimization. In Proceedings of the 4th International Conference High Tech Die Casting (HTDC2008), Montichiari (BS), Italy, 9-10 April 2008; Italian Association of Metallurgy (AIM): Milan, Italy, 2008.
• [27] ASTM E10-15a. Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials; ASTM International: West Conshohocken, PA, USA, 2015.
• [28] Oliver, W.C.; Pharr, G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments. J. Mater. Res. 1992, 7, 1564-1583.
• [29] Ferraro, S.; Fabrizi, A.; Timelli, G. Evolution of sludge particles in secondary die-cast aluminum alloys as function of Fe, Mn and Cr contents. Mater. Chem. Phys. 2015, 153, 168–179.
• [30] Flemings, M.C. Behavior of metal alloys in the semisolid state. Metall. Trans. A 1991, 22A, 957-981.
• [31] Bäckerud, L.; Chai, G.; Tamminen, J. Solidification Characteristics of Aluminum Alloys, 1st ed.; American Foundrymen's Society Inc.: Des Plaines, IL, USA, 1990; Volume 2, pp. 201-204.
• [32] Helenius, R.; Lohne, O.; Arnberg, L.; Laukli, H.I. The heat transfer during filling of a high-pressure die-casting shot sleeve. Mater. Sci. Eng. A 2005, 413-414, 52-55.
• [33] Guo, Z.-P.; Xiong, S.-M.; Liu, B.-C.; Li, M.; Allison, J. Effect of process parameters, casting thickness, and alloys on the interfacial heat-transfer coefficient in the high-pressure die-casting process. Metall. Mater. Trans. A 2008, 39A, 2896-2905.
• [34] Shabestari, S.G. The effect of iron and manganese on the formation of intermetallic compounds in aluminum-silicon alloys. Mater. Sci. Eng. A 2004, 383, 289–298.
• [35] Mondolfo, L.F. Aluminium Alloys: Structure and Properties; Butterworth-Heinemann: Oxford, UK, 1976.
• [36] Fabrizi, A.; Ferraro, S.; Timelli, G. The influence of Fe, Mn and Cr additions on the formation of iron-rich intermetallic phases in an Al-Si die-casting alloy. In Shape Casting: 5th International Symposium 2014; Tiryakioğlu, M., Campbell, J., Byczynski, G., Eds.; Minerals, Metals and Materials Society: Warrendale, PA, USA, 2014; pp. 277-284. ISBN 9781118888186.
• [37] Timelli, G.; Fabrizi, A.; Capuzzi, S.; Bonollo, F.; Ferraro, S. The role of Cr additions and Fe-rich compounds on microstructural features and impact toughness of AlSi9Cu3(Fe) diecasting alloys. Mater. Sci. Eng. A 2014, 603, 58-68.
• [38] Lombardi, A.; D'Elia, F.; Ravindran, C.; Murty, B.S.; MacKay, R. Analysis of the secondary phases in the microstructure of 319 type Al alloy engine blocks using electron microscopy and nanoindentation. Trans. Indian Inst. Met. 2011, 64, 7-11.
• [39] Chen, C.L.; Richter, A.; Thomson, R.C. Mechanical properties of intermetallic phases in multi-component Al-Si alloys using nanoindentation. Intermetallics 2010, 17, 634-641.
• [40] Fischer-Cripps, A.C. Nanoindentation, 3rd ed.; Springer: New York, NY, USA, 2011.
• [41] Ferraro, S.; Timelli, G. Influence of sludge particles on the tensile properties of die-cast secondary aluminum alloys. Metall. Mater. Trans. B 2015, 46, 1022–1034.
• [42] Scott, G.D.; Shabel, B.S.; Morales, A. Aluminum Alloy Suitable for Pistons. U.S. Patent 5162065, 10 November 1992.
• [43] Cho, Y.-H.; Joo, D.-H.; Kim, C.-H.; Lee, H.-C. The effect of alloy addition on the high temperature properties of over-aged Al-Si(CuNiMg) cast alloys. Mater. Sci. Forum 2006, 519–521, 461-466.
• [44] Qian, Z.; Liu, X.; Zhao, D.; Zhang, G. Effects of trace Mn addition on the elevated temperature tensile strength and microstructure of a low-iron Al-Si piston alloy. Mater. Lett. 2008, 62, 2146-2149.
• [45] Mayer, H.; Papakyriacou, M.; Zettl, B.; Vacic, S. Endurance limit and threshold stress intensity of die cast magnesium and aluminium alloys at elevated temperatures. Int. J. Fatigue 2005, 27, 1076–1088.
• [46] Rohatgi, P.K.; Riu, Y.; Ray, S. Friction, Lubrication and Wear Technology; American Society for Metals: Metals Park, OH, USA, 1992; p. 85.
• [47] Mrówka-Nowotnik, G. The effect of intermetallics on the fracture mechanism in AlSi1MgMn alloy. J. Achiev. Mater. Manuf. Eng. 2008, 30, 35-42.
• [48] Campbell, J. An overview of the effects of bifilms on the structure and properties of cast alloys. Metall. Mater. Trans. B 2006, 37B, 857-863.
• [49] Gariboldi, E.; Lemke, J.N.; Ozhoga-Maslovskaja, O.; Timelli, G.; Bonollo, F. High temperature behaviour of 46000, 46100, 47100 Al die cast parts. Metall. Ital. 2016, 108, 49–52.
• [50] Wang, L.; He, Y.; Zhou, J.; Duszczyk, J. Effect of temperature on the frictional behaviour of an aluminium alloy sliding against steel during ball-on-disc tests. Tribol. Int. 2010, 43, 299-306.
• [51] Kamminga, J.D.; Janssen, G.C.A.M. Experimental discrimination of plowing friction and shear friction. Tribol. Lett. 2007, 25, 149-152.
• [52] Farhat, Z.N. Contribution of crystallographic texturing to the sliding friction behaviour of fcc and hcp metals. Wear 2001, 250, 401-408.

9. 저작권

• 본 자료는 Giulio Timelli 외 연구진의 논문 [Design of Wear-Resistant Diecast AlSi9Cu3(Fe) Alloys for High-Temperature Components]를 기반으로 요약되었습니다.
• 논문 출처: doi:10.3390/met10010055

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