On fatigue-induced reversion and overaging in dispersion strengthened alloy systems

Abstract

The low fatigue strength/U.T.S. ratios of dispersion strengthened aluminum alloys may be explained by the presence of transgranular, precipitate-free bands in their microstructures. Since transgranular crack initiation and growth is frequently observed in such alloys, these bands appear to be as weak as the other type of precipitate-free band which is associated with grain boundaries. It has been suggested that the bands are formed by fatigue-induced reversion of the precipitates. An alternative suggestion for their formation, viz., that the bands develop naturally as part of the precipitate aging sequence, is proposed and tested by examination of the structures, using transmission electron microscopy, in Al-4% Cu and Al-5.57%Zn-2.50%Mg alloys both before and after cycling. Since bands with equal frequency of occurrence and similar structures have been observed in both situations, strong support for the aging inhomogeneity hypothesis has been obtained, i.e. fatigue cracks will initiate in the soft, precipitate-free regions already existing in the alloys. Previous circumstantial evidence for the reversion viewpoint is reconsidered and can be interpreted as also supporting the aging inhomogeneity hypothesis. While the latter is preferred on the basis of more direct evidence, the reversion mechanism may operate in a few isolated cases, uch as in the fatigue of Fe-C; alloys.

Résumé

La faible valeur du rapport limite d'endurance/charge de rupture des alliages d' aluminium à durcissement secondaire peut être expliquée par la présence, au sein de leur microstructure, de bandes transgranulaires dépourvies de précipitations.

Comme on observe fréquemment un amorçage et une propagation transgranulaires des fissures de fatigue dans ces alliages, ces bandes apparaissent étre aussi déforcées que le sout d'autres types de zones, libres de précipitation, dans le voisinage des frontières des grains.

On a suggéré que de telles bandes se formaient par mécanisme de réversion des précipités sous l'effet de la fatigue.

Une autre hypothèse est formulée, selon laquelle les bandes se forment d'une manière purement naturelle sous l'effet d'un vieillissement progressif.

Cette hypothèse a été éprouvée par des examens au microscope électronique de pellicules minces d'alliages Al-4% Cu et Al-5,575%Zn-2,5% Mz avant et après fatigue.

On a trouvé que des bandes se formaient avec une égale fréquence et selon des structures similaires dans les deux cas, ce qui constitue un solide argument en faveur de l'hypothèse de l'hétérogéneité du dircussement, en ce que les fissures de fatigue auront tendance à s'amorcer dans les zones non durcies et absentes de précipitations qui existent par ailleurs dans ces ailliages.

Les observations qui avaient conduit à l'hypothèse de réversion des précipités sont reconsidérées sous la présence optique et peuvent prêcher également en faveur de l'hypothèse de la non-homogénéité du durcissement.

Si ce dernier mécanisme semble recueillir la préférence, en raison d'une mise en évidence directe, il n'en reste pas moins vrai que le mecanisme de réversion peut se produite dans certains cas isolés, comme par exemple dans le cas de la fatigue des alliages Fe-C.

Zusammenfassung

Die niedrigen Ermüdungswiderstand/maximale Zugfestigkeit — Werte dispersionsgehärteter Aluminiumlegierungen können durch das Vorhandensein intragranularer, keinen Niederschlag enthaltenden Streifen ihrer Mikrostruktur erklärt werden. Da eine intragranulare Rissentstehung und Rissausdehnung oftmals in solchen Legierungen auftritt, scheinen these Streifen eine ebenso geringe Widerstandsfähigkeit zu besitzen als die andere Art niederschlagsfreier Streifen, die mit der Kornbegrenzung zusammenhängt. Es wurde vermutet, dass die Streifen durch eine durch Ermudüng erzeugte Umwandlung der Absetzungen entstehen. Ein Alternativvorschlag für ihre Entstehung, wonach die Streifen einen natürlichen Vorgang der Niederschlag — Alterungs — Folge bilden, wird entwickeit und durch Strukturuntersuchungen mittels Transmissions-Elektionenmikroskopie getestet, und zwar an Al-4% Cu and Al-5, 57%Zn-2,50%Mg Legierungen, sowohl vor als auch each Behandlung. Die Tatsache, dass these Streifen mit gleicher Erscheinungshäufigkeit und ähnlichen Strukturen in beiden Fällen auftreten, stützt die Hypothese der durch Alterung auftretenden Inhomogenitäten, d.h. das Entstehen von Ermüdungsrissen in den wiechen, niederschlagsfreien Regionen, wie she bereits in der Legierung existieren. Früher gelegentlich aufgetretene Anzeichen für die Um wand lungstheorie werden betrachtet und im Hinblick auf eine Unterstützung der Alterungs-Inhomogenitäts-These untersucht. Da die ietztere den Vorzug der grösseren Wahrscheinlichkeit hat, mag der Umwandlungsmechanismus nur in vereinzelten Fällen zur Erklärung dienen, wie bei den Ermüdungserscheinungen an Fe-C Legierungen.