Modelling the effect of SiC particle size on crystallization of magnesium metal matrix composite AZ91/SiC

• Autorzy: Żak P. , Lelitko J. , Suchy J. S. , Krajewski W. , Krawiec H. , Haberl K. , Shumacher P. , Greer. L. , Shirzadi A. , Gracz B.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wpływu wielkości cząstki węglika krzemu na przebieg krystalizacji kompozytów o osnowie magnezowej AZ91/SiC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Goal of this work was to prepare micro-macro AZ91/SiC composite crystallization model that depends on SiC particles size. The model base on temperature and chemical elements concentration, it also takes into account primary a-Mg phase nucleation rate. The behaviour of temperature and chemical composition field can be calculated using Fourier-Kirchhoff equation and modified second Fick's law. The nucleation rate for this material was calculated from log-normal Fras equation. Fitting parameters were found using experimental data. Different composites castings with different size and content of SiC particles were performed. The grain density and undercooling in each case were measured. Obtained data was used as test values during statistical fitting of the unknown model adjustment parameters. The simulation software on the base of prepared model was written. Experiment for the same composite as set as initial data of the simulation was performed. The simulation results were compared with an experimental data. Analysis shows good fitting of presented model results with the real values.

PL

Celem prezentowanej pracy było przygotowanie modelu mikro-makro krystalizacji kompozytu na bazie AZ91 (tab. 1), wzmocnionego cząstkami SiC, który uwzględniałby wielkość cząstek zbrojących. Model bazuje na równaniach opisujących rozkład pola temperatury (row. Fouriera-Kirchhoffa) oraz pola stężeń pierwiastków chemicznych (zmodyfikowane prawo Ficka). Szybkość zarodkowania dla badanego materiału została opisana równaniem Frasia (row. 6). Parametry dopasowania w proponowanym modelu zostały wyznaczone statystycznie na podstawie danych doświadczalnych. W ramach przygotowania tego artykułu zostały wykonane trzy doświadczalne wytopy dla rożnych kompozytów AZ91/SiC. Podczas każdego wytopu wykorzystywane były cząstki zbrojące innej frakcji: 10 um, 40 um, 76 ?m. Przygotowano próbki kompozytu i stopu o rożnych zawartościach cząstek zbrojących: 0, 0.1, 0.5, 1, 2, 3.5% masowych SiC. Dla każdej próbki została zarejestrowania krzywa stygnięcia, na postawie której została wyznaczona temperatura zarodkowania (rys. 2), przechłodzenie oraz szybkość stygnięcia (row. 2) dla wybranej formy. Analiza mikrostruktury odpowiednio przygotowanych oraz wytrawionych próbek pozwoliła na wyznaczenie gęstości ziaren. Statystyczne zestawienie tych danych z wartościami przechłodzenia prowadzi do modelu zarodkowania kompozytu AZ91/SiC zależnego od przechłodzenia (rów. 9÷11) oraz od przechłodzenia i wielkości cząstki zbrojącej (rów. 12). Na podstawie wyników dopasowania statystycznego został opracowany model teoretyczno-empiryczny, który był zaimplementowany w formie programu komputerowego. Następnie został wykonany kolejny eksperyment, mający na celu zweryfikowanie wyników modelowania. Wyniki symulacji wykazują bardzo wysokie dopasowanie w stosunku do wyników doświadczalnych (rys. 3). Analiza wyników symulacji pozwala na poznanie wielu aspektów procesów odbywających się w krzepnącym odlewie (rys. 4÷6).

Słowa kluczowe

EN

magnesium metal matrix composite; SiC; nucleation rate; crystallization modelling

PL

kompozyty o osnowie magnezowej; węglik krzemu; szybkość zarodkowania; modelowanie procesu krystalizacji

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 699--702
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Żak P.

autor

Lelitko J.

autor

Suchy J. S.

autor

Krajewski W.

autor

Krawiec H.

autor

Haberl K.

autor

Shumacher P.

autor

Greer. L.

autor

Shirzadi A.

autor

Gracz B.

• Faculty of Fundry Engineering, AGH University of Science and Technology,

Bibliografia

• [1] Asthana R.: Solidification processing of reinforced metals. Key Engineering materials 151-152 (1998).
• [2] Luo A.: Heterogeneous nucleation and grain refinenent in cast Mg(AZ91)/ SiC metal matrix composites. Canadian Metallurgical Quaretly 35 (1996), 375-383
• [3] Lelito J., Zak P., Suchy J. S.: The grain nucleation rate of AZ91/SiC composite based on Maxwell-Hellawell model. Archives of Metallurgy and Materials 54 (2009) 347-350.
• [4] Fras E., Wiencek K., Gorny M., Lopez H.: Theoretical model for heterogeneous nucleation of grains during nucleation. Material Science and Technology 19 (2003) 1653-1659.
• [5] Fromm J. E.: An introduction to computer simulation in applied science. Abraham F. A. and Tiller W. A., eds. Palo Alto Scientific Center Raport No. 320-3269 (1970).
• [6] Kapturkiewicz W., Fras E., Burbelko A.: Computer simulation of the austenitizing process in cast iron with pearlitic matrix. Materials Science and Engineering A 413-414 (2005) 352-357.
• [7] Johnson W. C., Heckel R. W.: Mathematical modeling of diffusion during multiphase layer growth. Metallurgical transactions 12 (1981) 1693- 1697.
• [8] Maltais A., Dube D., Fiset M., Laroche G., Tugeon S.: Improvements in the metallography of as-cast AZ91 alloy. Materials Characterization 52 (2004) 103-119.
• [9] Maltais A., Dube D., Roy F., Fiset M.: Optical anisotropy of a color-etched AZ91 magnesium alloy. Materials Characterisation 54 (2005) 315-326.
• [10] Zak P., Lelito J., Shumcher P., Haberl K., Krajewski W., Suchy J. S.: Color etching of AZ91/SiC composite. XXXIII Konferencja naukowa z okazji Święta Odlewnika, Kraków, Poland 11 grudnia 2009. http://www.odlew. agh.edu.pl/inne/konferencje/dzien_odlewnika_2009.html.
• [11] Cybo J., Jura S.: Funkcyjny opis struktur izometrycznych w metalografii ilościowej (in Polish). Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (1995).