Solidification Study of Aluminum Alloys Using Impulse Atomization: Part ii. Effect of Cooling Rate on Microstructure

A single fluid atomization technique (Impulse Atomization) was used to determine the effect of solidification time on the development of a solidification microstructure for a nominal Al-4.5%Cu alloy, AA6061 and AA6111 aluminum alloys. The advantages of this atomization technique for studying solidification phenomena in metals are the small sample size (diameter of atomized droplets is in the 300 – 1000 μm range) and the predictable heat transfer conditions which can be achieved with this process. By varying the size of an individual droplet produced by the atomizer and the type of cooling gas atomization, solidification times ranging from 0.033 seconds to 0.68 seconds were obtained in this study. The cell spacing of the solidified metal droplets was measured and an equation relating this microstructural characteristic to solidification time was developed for each alloy. The microstructure/solidification time relations were compared with published literature values and the validity of this technique for studying a solidification microstructure was discussed. The experimentally determined relations obtained in this study show good agreement with theoretical equations relating dendrite arm spacing with solidification time.On a utilisé une technique de pulvérisation à fluide unique (pulvérisation à impulsion) pour déterminer l’effet de la durée de solidification sur le développement de la microstructure de solidification d’un alliage nominal d’Al-4.5% Cu et des alliages d’aluminium AA6061 et AA6111. Les avantages de cette technique de pulvérisation pour l’étude des phénomènes de solidification de métaux sont la petite taille de l’échantillon (le diamètre des gouttelettes pulvérisées est de l’ordre de 300 à 1000 μm) et les conditions prévisibles de transfert de chaleur que l’on peut obtenir avec ce procédé. Dans cette étude, on a obtenu des durées de solidification variant de 0.033 seconde à 0.68 seconde, en variant la taille d’une gouttelette individuelle produite par le pulvérisateur et le type de gaz de refroidissement de la pulvérisation. On a mesuré l’espacement de cellule des gouttelettes solidifiées de métal et on a développé, pour chaque alliage, une équation reliant cette caractéristique de la microstructure à la durée de solidification. On compare les relations microstructure/durée de solidification avec les valeurs publiées de la littérature et on discute de la validité de cette technique pour l’étude de la microstructure de solidification. Les relations déterminées expérimentalement obtenues dans cette étude montrent un bon accord avec les équations théoriques reliant l’espacement des branches de dendrite avec la durée de solidification.