Cellular Precipitation and Precipitate Coarsening in a Mg–Al Alloy

Abstract

The morphology and growth kinetics of the cellular precipitate as well as its discontinuous coarsening have been studied in the temperature range 440–580 K. Optical microscopy and X-ray diffraction were used to characterize the cellular transformation. A rapidly solidified metastable Mg–7 at. % Al alloy was observed to decompose completely via a process which has been termed “cellular precipitation” into a lamellar structure consisting of the σ and γ phases at all aging temperatures used in this investigation. The fine lamellar structure of the primary cells subsequently decomposed into a coarse lamellar structure consisting of the same two phases. Lattice parameter measurements have indicated that the depleted matrix of the σ phase associated with the initial cells was richer in solute than the equilibrium solvus, σ/(σ+γ). The solute concentration in the depleted matrix associated with the coarsened material was less than the published equilibrium solvus. Analysis of the growth kinetics of both the primary cellular reaction, and its subsequent coarsening stage, has indicated that the transformation is controlled by diffusion of aluminum through the cell boundaries.

Résumé

On a étudié, à des températures allant de 440 à 580 K, la morphologie et les cinétiques de croissance et de grossissement discontinu du précipité cellulaire. On a utilisé la microscopie optique et la diffraction de rayons-X pour caracteriser la transformation cellulaire. On a observé qu'un alliage metastable de Mg–7 at. % Al rapidement solidifié, se decompose complétement en une structure lamellaire constituée de phases (σ et y, pour toutes les températures de vieillissement utili sées dans cette etude, via un processus appele “précipitation cellulaire”. La structure lamellaire fine de cellules primaires s'est ensuite décomposée en une structure lamellaire grossiere comprenant les mêmes deux phases. Les mesures des paramétres de mailles ont indiquées que la matrice appauvrie de la phase σ associee avec les cellules initiales était plus riche en soluté que le point d'équilibre du solvus σ/(σ+γ). La concentration en soluté de la mat rice appauvrie, associée avec le matériau grossi, était moindre que celle du point d'équilibre. L'analyse de la cinétique des croissances, en premier lieu des réactions cellulaires, puis des étapes consécutives de grossissement, indique que la transformation est contrôlée par la diffusion d'aluminium au travers des joints de cellules.