Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing

Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschung

Standard

Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing. / Escobar, Julian; Gwalani, Bharat; Silverstein, Joshua et al.
in: Materials Characterization, Jahrgang 202, 112999, 01.08.2023.

Publikation: Beiträge in ZeitschriftenZeitschriftenaufsätzeForschung

Harvard

Escobar, J, Gwalani, B, Silverstein, J, Ajantiwalay, T, Roach, C, Bergmann, L, dos Santos, JF, Maawad, E, Klusemann, B & Devaraj, A 2023, 'Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing', Materials Characterization, Jg. 202, 112999. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112999

APA

Escobar, J., Gwalani, B., Silverstein, J., Ajantiwalay, T., Roach, C., Bergmann, L., dos Santos, J. F., Maawad, E., Klusemann, B., & Devaraj, A. (2023). Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing. Materials Characterization, 202, Artikel 112999. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2023.112999

Vancouver

Escobar J, Gwalani B, Silverstein J, Ajantiwalay T, Roach C, Bergmann L et al. Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing. Materials Characterization. 2023 Aug 1;202:112999. doi: 10.1016/j.matchar.2023.112999

Bibtex

@article{f40ec7defe01444386495073c62c7119,
title = "Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing",
abstract = "Friction stir processing (FSP) has been increasingly adopted for joining and processing materials in automotive, aerospace, and industrial construction. During FSP, a dynamic competition between high-speed shear deformation and deformation-induced heating brings about a complex competition between multiple dynamic microstructural evolution mechanisms making it difficult to predict the microstructural evolution pathway. Hence, improved understanding of microstructural evolution mechanisms during FSP can be beneficial for continued growth in the adoption of FSP for demanding applications of future. Towards this goal, this study uses a model binary Cu – 50 at.% Ni alloy to clarify the effect of single and double pass FSP on the microstructural evolution of a coarse grained and compositionally heterogeneous cast microstructure. High energy synchrotron X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, and nanoindentation are used to clarify the microstructural evolution due to FSP. The process of compositional homogenization of as-cast segregations is studied by energy dispersive spectroscopy and atom probe tomography. Our results show that a single fast FSP pass at 30 mm.s−1 produces a 100 μm deep layer of submicrometric and hall-petch hardened CuNi grains. The initial cast compositional heterogeneities in a micrometric scale is rapidly transformed to nano-sized domains, mainly confined at grain boundaries. Double pass FSP increases the penetration depth of the processed layer and leads to a 2.9 times grain growth relative to single pass FSP. Grain fragmentation, discontinuous dynamic recrystallization, grain growth, and twinning mechanisms are discussed. These results highlight the value of FSP for ultrafast grain refinement and compositional homogenization of cast alloys.",
keywords = "Engineering, Discontinuous dynamic recrystallization, Friction stir processing, Miscible alloys, Synchrotron X-ray diffraction",
author = "Julian Escobar and Bharat Gwalani and Joshua Silverstein and Tanvi Ajantiwalay and Christian Roach and Luciano Bergmann and {dos Santos}, {Jorge F.} and Emad Maawad and Benjamin Klusemann and Arun Devaraj",
note = "Publisher Copyright: {\textcopyright} 2023",
year = "2023",
month = aug,
day = "1",
doi = "10.1016/j.matchar.2023.112999",
language = "English",
volume = "202",
journal = "Materials Characterization",
issn = "1044-5803",
publisher = "Elsevier Inc.",

}

RIS

TY - JOUR

T1 - Rapid grain refinement and compositional homogenization in a cast binary Cu50Ni alloy achieved by friction stir processing

AU - Escobar, Julian

AU - Gwalani, Bharat

AU - Silverstein, Joshua

AU - Ajantiwalay, Tanvi

AU - Roach, Christian

AU - Bergmann, Luciano

AU - dos Santos, Jorge F.

AU - Maawad, Emad

AU - Klusemann, Benjamin

AU - Devaraj, Arun

N1 - Publisher Copyright: © 2023

PY - 2023/8/1

Y1 - 2023/8/1

N2 - Friction stir processing (FSP) has been increasingly adopted for joining and processing materials in automotive, aerospace, and industrial construction. During FSP, a dynamic competition between high-speed shear deformation and deformation-induced heating brings about a complex competition between multiple dynamic microstructural evolution mechanisms making it difficult to predict the microstructural evolution pathway. Hence, improved understanding of microstructural evolution mechanisms during FSP can be beneficial for continued growth in the adoption of FSP for demanding applications of future. Towards this goal, this study uses a model binary Cu – 50 at.% Ni alloy to clarify the effect of single and double pass FSP on the microstructural evolution of a coarse grained and compositionally heterogeneous cast microstructure. High energy synchrotron X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, and nanoindentation are used to clarify the microstructural evolution due to FSP. The process of compositional homogenization of as-cast segregations is studied by energy dispersive spectroscopy and atom probe tomography. Our results show that a single fast FSP pass at 30 mm.s−1 produces a 100 μm deep layer of submicrometric and hall-petch hardened CuNi grains. The initial cast compositional heterogeneities in a micrometric scale is rapidly transformed to nano-sized domains, mainly confined at grain boundaries. Double pass FSP increases the penetration depth of the processed layer and leads to a 2.9 times grain growth relative to single pass FSP. Grain fragmentation, discontinuous dynamic recrystallization, grain growth, and twinning mechanisms are discussed. These results highlight the value of FSP for ultrafast grain refinement and compositional homogenization of cast alloys.

AB - Friction stir processing (FSP) has been increasingly adopted for joining and processing materials in automotive, aerospace, and industrial construction. During FSP, a dynamic competition between high-speed shear deformation and deformation-induced heating brings about a complex competition between multiple dynamic microstructural evolution mechanisms making it difficult to predict the microstructural evolution pathway. Hence, improved understanding of microstructural evolution mechanisms during FSP can be beneficial for continued growth in the adoption of FSP for demanding applications of future. Towards this goal, this study uses a model binary Cu – 50 at.% Ni alloy to clarify the effect of single and double pass FSP on the microstructural evolution of a coarse grained and compositionally heterogeneous cast microstructure. High energy synchrotron X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, and nanoindentation are used to clarify the microstructural evolution due to FSP. The process of compositional homogenization of as-cast segregations is studied by energy dispersive spectroscopy and atom probe tomography. Our results show that a single fast FSP pass at 30 mm.s−1 produces a 100 μm deep layer of submicrometric and hall-petch hardened CuNi grains. The initial cast compositional heterogeneities in a micrometric scale is rapidly transformed to nano-sized domains, mainly confined at grain boundaries. Double pass FSP increases the penetration depth of the processed layer and leads to a 2.9 times grain growth relative to single pass FSP. Grain fragmentation, discontinuous dynamic recrystallization, grain growth, and twinning mechanisms are discussed. These results highlight the value of FSP for ultrafast grain refinement and compositional homogenization of cast alloys.

KW - Engineering

KW - Discontinuous dynamic recrystallization

KW - Friction stir processing

KW - Miscible alloys

KW - Synchrotron X-ray diffraction

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85160344867&partnerID=8YFLogxK

U2 - 10.1016/j.matchar.2023.112999

DO - 10.1016/j.matchar.2023.112999

M3 - Journal articles

VL - 202

JO - Materials Characterization

JF - Materials Characterization

SN - 1044-5803

M1 - 112999

ER -

DOI

Zuletzt angesehen

Aktivitäten

  1. Postervortrag: Networking in European Science Teacher Training (NETTS) – Delivering Insight, mit Annelie Wellensiek, Anja Lembens, Markus Rehm
  2. Konferenz des Netzwerks für Flüchtlingsforschung: Organisation und Moderation des Panels "Transnationale Familien im Fluchtkontext" - NWFF18
  3. Impulse zum inklusiven Chemieunterricht; Dialoggespräch zwischen Praxis und Wissenschaft zum inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht
  4. 2. Gemeinsamer Kongress der Deutschen Gesellschaft für Gerontologie und Geriatrie und der Schweizerischen Gesellschaft für Gerontologie - 2010
  5. Lehreinheiten zu inklusiver Fachdidaktik evidenzbasiert entwickeln, von Jessica Süßenbach und mit Steffen Greve, Bianka Troll und Michael Besser
  6. Wider die Vereinseitigung. Überlegungen und Beispiele für eine interdependente Betrachtung von politischen Rationalitäten, Diskursen und Praktiken
  7. Vortrag (Einladung): Lernwerkstatt als Möglichkeit Chemie inklusiv zu lernen? Einblicke in eine inklusive Mittelschule Österreichs, mit Sandra Puddu
  8. Lehramtsausbildung in Bewegung: Personelle, inhaltliche und methodische Wandlungsprozesse durch phasen- und institutionenübegreifende Entwicklungsteams
  9. Inklusion und Naturwissenschaftsdidaktik Naturwissenschaftsdidaktik – Zur Erschließung neuer Forschungsfelder: Vortrag im Rahmen des Graduiertenkollegs KoM
  10. Inkusiven Chemieunterricht entwickeln und erforschen, mit Christine Heidinger, Universität Wien und Brigitte Koliander, Pädagogische Hochschule Niederösterreich
  11. Kunstgeschichte und kuratorische Arbeit – Zu Ian White: Cinema as a Live Art / Becoming Object im Arsenal – Institut für Film und Videokunst, Berlin (15 – 17. März 2019)
  12. Reflexionskompetenz in fachdidaktischer LehrerInnenbildung.: Vortrag (Einladung) im Rahmen des Bremen-Oldenburgischen Kolloquiums zur Didaktik der Naturwissenschaften
  13. Lehreinheiten zu inklusiver Fachdidaktik in der Lehrerbildung evidenzbasiert entwickeln, von Bianka Troll und mit Michael Besser, Steffen Greve & Jessica Süßenbach
  14. Berufliche Anforderungen im inklusiven Chemieunterricht, mit Christine Heidinger, Universität Wien und Brigitte Koliander, Pädagogische Hochschule Niederösterreich
  15. Linguistics and intercultural communication: A challenge for empirical researchers (20. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Sprachwissenschaft (DGfS), Halle/Saale)

Publikationen

  1. Microstructure evolution and texture development during production of homogeneous fine-grained aluminum wire by friction extrusion
  2. "I don't know anything about soccer" how personalweaknesses and strengths guide inferences aboutwomen's qualification in sex-typed jobs
  3. Framework for the Parallelized Development of Estimation Tasks for Length, Area, Capacity and Volume in Primary School - A Pilot Study
  4. Patient centricity in IS healthcare – a framework proposing enablement, empowerment, and engagement of patients as individual IS users
  5. Illness, Dying and Death in Life and Writing of European Writers, vol 1, The 18th and 19th Centuries, vol 2, The 20th and 21st Centuries
  6. Psychosoziale Arbeitsbedingungen und Burnout-Symptome in der stationären somatischen und psychiatrischen Gesundheits-und Krankenpflege
  7. Religionsunterricht weiterdenken. Innovative Ansätze für eine zukunftsfähige Religionsdidaktik, hg. v. Bernhard Grümme / Manfred L. Pirner
  8. Training of student teaching assistants and e-learning via math-bridge-Two projects at the German Centre for Higher Mathematics Education
  9. Does tree architectural complexity influence the accuracy of wood volume estimates of single young trees by terrestrial laser scanning?
  10. Schriftliche Stellungnahme zur öffentlichen Anhörung des Ausschusses für Wirtschaft und Energie am 6. Juni 2018: „Investitionsgerichtshof“
  11. Der Zusammenhang zwischen Beschulungsart, Klassenkomposition und schulischen Kompetenzen von Kindern mit sonderpädagogischem Förderbedarf
  12. Der Ansatz der komparativen pädagogischen Berufsgruppenforschung. "Äußere" und "innere" Gemeinsamkeiten der sozialen Welt pädagogisch Tätiger
  13. "Wir führen fair" - das Mitarbeiter-Feedback als Instrument der Weiterentwicklung der Unternehmenskultur der DaimlerChrysler Services (debis) AG
  14. Das Werkzeug des psychodynamischen psychotherapeuten - Verbale Interventionstypen aus theoretischer und aus der praxis abgeleiteter perspektive
  15. Internationale Freiwilligeneinsätze: Wirkungen und Win-Win von Gruppenmaßnahmen am Beispiel des Corporate Volunteering mit Habitat for Humanity
  16. Qualitätsentwicklung von Schulen in der Einwanderungsgesellschaft: Evaluation der Lehrerfortbildung zur interkulturellen Koordination (2012 – 2014)
  17. Interaction between the barley allelochemical compounds gramine and hordenine and artificial lipid bilayers mimicking the plant plasma membrane
  18. Der „Reichtum“der Korinther und die paulinische Kollekte 2 Kor 8-9 und die Frage der sozial-ökonomischen Zusammensetzung der korinthischen Gemeinde
  19. Beurteilung der Kosten- und Preisstrukturen für das Bundesland Berlin unter Berücksichtigung des Qualitätsstandards in der Schulverpflegung - Teil 2
  20. Beurteilung der Kosten- und Preisstrukturen für das Bundesland Berlin unter Berücksichtigung des Qualitätsstandards in der Schulverpflegung - Teil 1
  21. Konsumentenbildung am Themenfeld "Spielen - Spielzeug"? Zur Begründung nachhaltiger Konsummuster als ein Ziel für Konsumentenbildung in der Grundschule
  22. Schlussbericht zum Verbundprojekt "Sicherung und Nachnutzung der Forschungsdaten des Rahmenprogramms zur Förderung der empirischen Bildungsforschung"
  23. Crown size-growth relationships of European beech (Fagus sylvatica L.) are driven by the interplay of disturbance intensity and inter-specific competition
  24. (Wie) Nutzen angehende Lehrpersonen ihr schriftsystematisches Wissen in didaktischen Anforderungssituationen des schriftsprachlichen Anfangsunterrichts?
  25. Ieva Astahovska et al. (eds) Revisiting Footnotes. Footprints of the Recent Past in the Post‐Socialist Region. Riga: Latvian Centre for Contemporary Art, 2015.
  26. Non-native tree species (Pseudotsuga menziesii) strongly decreases predator biomass and abundance in mixed-species plantations of a tree diversity experiment
  27. Harald Schumann/Christiane Grefe, Der globale Countdown. Gerechtigkeit oder Selbstzerstörung – Die Zukunft der Globalisierung, Köln (Kiepenheuer & Witsch), 2008
  28. Welches Spielzeug besitzen Kinder hier und in anderen Ländern? Ein transkultureller Vergleich als Grundlage, um über das eigene Konsumverhalten nachzudenken
  29. Invertebrate herbivory rather than competition with tussocks will increasingly delay highland forest regeneration in degraded areas under active restoration
  30. Konzeption und nutzen der inverted classroom-methode für eine kompetenzorientierte biochemie lehrveranstaltung im vorklinischen studienabschnitt der humanmedizin
  31. Variation in short-term and long-term responses of photosynthesis and isoprenoid-mediated photoprotection to soil water availability in four Douglas-fir provenances
  32. Gender und Diversity als Querschnittsthemen vom Projekt bis zum konkreten Angebot „Gestärkt in Führung gehen – Frauen in Führungspositionen in der Sozialen Arbeit“