Development of Al-Er-Zr alloys : electrical conductivity measurement to follow the aging response

The main goal of this work is the creation of a model to evaluate via electrical resistivity/conductivity the change of volume fraction of alloying elements during aging in age-hardenable Al alloys. The studied alloys are characterized by low amounts of alloying elements (e.g. Er and Zr) forming extremely fine strengthening particles. For this purpose, a system for the measurement of the electrical resistivity in a continuous way directly at the temperature of the heat treatment has been developed and set. A model to predict the electrical resistivity as a function of the amount of alloying element has been developed, starting from literature data of Al-Er and Al-Zr alloys. The results have been confirmed via further literature data and the experimental result of this work. The Al-0.2Er-0.003Zr and Al-0.5Er-0.5Zr (wt.%) alloys have been studied during isothermal treatment at 400°C, 450°C and 500°C both in terms of evolution of classical microhardness and electrical conductivity. In the Al-0.2Er-0.003Zr alloy it was found a negligible effect of Zr and a reduced amount of Er available for precipitation, due to the effect of Fe impurities. The combination of hardness and conductivity evolution during aging allows to observe the main role played by Zr in Al-0.5Er-0.5Zr alloy, which induces a double hardness peak formation and slower precipitate formation and growth.

L’obiettivo principale di questo lavoro è la creazione di un modello per il calcolo della variazione di frazione volumetrica di elementi di lega tramite conducibilità/resistività elettrica durante l’invecchiamento di leghe di alluminio rafforzabili per precipitazione. Le leghe studiate contengono basse concentrazioni di elementi di lega che formano particelle di rafforzamento estremamente fini, quali Er e Zr. A questo scopo, è stato sviluppato e testato un sistema capace di misurare in continuo la resistività elettrica anche alle temperature dei trattamenti termici. È stato sviluppato un modello per prevedere il valore di resistività elettrica in funzione della quantità di elementi di lega partendo da dati di letteratura su leghe Al-Er e Al-Zr. I risultati sono stati confermati attraverso ulteriori dati di letteratura e dai risultati degli esperimenti effettuati in questo lavoro. Le leghe Al-0.2Er-0.003Zr e Al-0.5Er-0.5Zr (wt.%) sono state analizzate durante i trattamenti termici ad una temperatura costante di 400°C, 450°C e 500°C sia in termini di evoluzione di microdurezza sia di conducibilità elettrica. Nella lega Al-0.2Er-0.003Zr è stato trovato un effetto di Zr trascurabile e una ridotta quantità di Er disponibile per la precipitazione a causa dell’effetto delle impurità di ferro. Il ruolo predominante nella lega Al-0.5Er-0.5Zr da parte di Zr è emerso dallo studio combinato dall’evoluzione delle curve di durezza e di conducibilità durante l’invecchiamento che induce un doppio picco di durezza e una formazione e crescita ritardata dei precipitati.