Optimization of the mechanical properties of LPDC and LPF A356 Aluminium alloy by standard and non-standard heat treatments

Alloy A356 is a widely used aluminium alloy for automotive wheels due to its good castability, lightness and mechanical properties. However, the needle-shaped eutectic silicon in the as-cast state reduces its mechanical properties. To enhance the properties, a heat treatment such as T6 treatment is necessary, which spheroidizes silicon fibres. A standard T6 treatment takes relatively long time, hence it is desired to reduce the solution treatment and ageing times to reduce the overall cost of production. Commercial A356 alloy wheels are manufactured by Low pressure die casting (LPDC), but formation of porosities during this process can reduces the mechanical properties. Low-pressure forging (LPF) technology eliminates porosities and creates a fine microstructure, improving the alloy's mechanical properties. This study aims to investigate the influence of heat treatment on the microstructural and mechanical properties of LPDC and LPF wheels. The main focus was on varying the artificial ageing time, temperature and the solution treatment time to determine optimal heat treatment parameters for best mechanical properties. The investigation consisted of microstructure analysis, hardness measurements after different heat treatment conditions. Three-point bending tests coupled with finite element analysis (FEM) was used to evaluate the mechanical properties. The results obtained indicate that the heat treatment of this alloy can be optimized. The solution treatment time could be effectively reduced to 3 hours that the conventional 6 hours. The overall highest peak hardness was obtained at an intermediate temperature (185 °C) after 8 hours. Lower ageing temperatures (155 °C) took longer time to peak while at the higher temperatures (225 °C) over ageing was observed. The traditional T6 treatment showed higher ductility values, but a shorter modified T6 treatment showed optimal combination of yield stress and ductility. It was seen that the ductility is limited when no solution heat treatment is applied (T5). The overall response of the LPF wheel to heat treatment was better than the LPDC wheel.

La lega A356 è una lega di alluminio ampiamente usata per le ruote automobilistiche grazie alla sua buona colabilità leggerezza e proprietà meccaniche. Tuttavia, il silicio eutettico in forma aciculare nello stato as-cast riduce le sue proprietà meccaniche. Per migliorare le proprietà, è necessario un trattamento termico che sferoidizza le fibre di silicio. Un trattamento standard T6 richiede un tempo relativamente lungo, quindi è auspicabile ridurme la durata di trattamento per contenere il costo complessivo di produzione. I cerchi commerciali in lega A356 sono fabbricati mediante pressofusione a bassa pressione (LPDC), ma la formazione di porosità durante questo processo può ridurre le proprietà meccaniche. La tecnologia di forgiatura a bassa pressione (LPF) elimina la porosità e crea una microstruttura fine, migliorando le proprietà meccaniche della lega. Questo studio ha lo scopo di studiare l'influenza del trattamento termico sulle proprietà microstrutturali e meccaniche delle ruote LPDC e LPF. L'obiettivo principale è quello di variare il tempo di invecchiamento artificiale, la temperatura e il tempo di solubilizzazione per determinare i parametri ottimali per le proprietà meccaniche. L'indagine consiste in analisi microstrutturali, prove di durezza dopo diverse condizioni di trattamento termico. I test di flessione a tre punti accoppiati con l'analisi agli elementi finiti (FEM) sono stati utilizzati per valutare le proprietà meccaniche. I risultati ottenuti indicano che il trattamento termico di questa lega può essere ottimizzato. Il tempo di solubilizzazione soluzione ha potuto efficacemente essere ridotto a 3 ore rispetto alle 6 ore convenzionali. La durezza di picco più elevata è stata ottenuta ad una temperatura intermedia (185 °C) dopo 8 ore. Le temperature di invecchiamento più basse (155°C) sembrano avere tempi di picco più lunghi, mentre alle temperature più elevate (225 °C) si è osservato un sovra invecchiamento. Il trattamento tradizionale T6 ha mostrato valori di deformabilità più elevati, ma un trattamento T6 modificato ha mostrato una combinazione ottimale di tensione di snervamento e deformabilità. Si è visto che la duttilità è limitata quando non viene applicato alcun trattamento termico di soluzione (T5). La risposta complessiva della ruota LPF al trattamento termico è stata migliore rispetto alla ruota LPDC.