Rheological behaviour and deformation characteristics of a commercial and a laboratory-cast Al-4%Cu alloy in the semi-solid state

Abstract A commercial AA2024 and a Al-4%Cu alloy in the semi-solid state (high solid volume fraction) were studied with regard to both rheological and mechanical behaviour during simple compression. From stress–strain curves and power law exponents analysis two deformation regimes were identified. The deformation response was adequately described by the Ngyuen, Favier and Suery theoretical model. Comparison of stress–strain curves of the two materials showed that the 2024 alloy has higher intrinsic resistance. Interrupted and jump compression tests, plus different dwelling time experiments gave information on both thixotropy and microstructural evolution of the alloys. Microstructural observation showed that deformation is highly inhomogeneous and takes place by the formation of liquid-filled channels surrounding particle aggregates. Correlations between liquid phase segregation, particle size distribution and process parameters are discussed. Kurzfassung— Eine Handels-AA2024- und eine Al-4%Cu-Legierung wurden im Fest-Flussig-Zustand (hoher Feststoffanteil) in Bezug ihres rheologischen und mechanischen Verhaltens durch einfache Zusammenpressung untersucht. Aus den Spannungs-Verformung-Kurven und der Analyse des Potenzgesetz-Exponentes wurden zwei Verformungsarten festgestellt. Der Verformungsanspruch wurde in angemessener Weise durch das theoretische Modell von Ngyuen, Favier und Suery beschrieben. Der Vergleich zwischen den Spannungs-Verformung-Kurven beider Werkstoffe zeigte, daβ die 2024-Legierung eine hohere Eigenfestigeit besitzt. Unterbrochener- und Sprung-Zusammenpressungstest bzw. Verweilzeit-Experimente haben Informationen uber die Tyxotropie und die mikrostrukturelle Entwicklung der Legierungen ergeben. Die mikrostrukturelle Beobachtung zeigte, daβ die Verformung sehr ungleichmassig ist und, daβ sie durch die Entstehung von mit Schmelze gefullten Kanalen, die von Feststoff-Aggregaten umgeben werden, vorgeht. Der Zusammenhang zwischen Seigerung der flussigen Phase, Partikelgroβenverteilung und Prozessparametern wurde diskutiert.