Modelling the effect of SiC mass fraction on crystallization of magnesium metal matrix composite; AZ91/SiC

• Autorzy: Lelitko J. , Żak P. , Suchy J. , Krajewski W. , Krawiec H. , Greer. L. , Shumacher P. , Shirzadi A. , Haber K. , Darłak P.

Warianty tytułu

PL

Mikro-makro model krystalizacji kompozytu AZ91/SiC: gęstość ziaren zależna od udziału masowego SiC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work was prepare micro-macro crystallization model of AZ91/SiC composite that depends on mass fraction of SiC particles. This model base on temperature and chemical elements concentration, it also takes into account primary a-Mg phase nucleation rate. The behavior of temperature and chemical composition field can be calculated using Fourier- -Kirchhoff equation and modified second Fick's law. The nucleation rate for this alloy was calculated from log-normal Fras equation. Fitting parameters were found using experimental data. Different composites castings with different mass fraction 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 with the real values.

PL

Celem niniejszej pracy było przygotowanie modelu mikro-makro krystalizacji kompozytu na bazie stopu AZ91 (tab. 1), wzmocnionego cząstkami SiC, który uwzględniałby udział masowy cząstek zbrojących. Model bazuje na równaniach opisujących rozkład pola temperatury (rownanie Fouriera- -Kirchhoffa) oraz polu stężeń pierwiastków chemicznych (zmodyfikowane prawo Ficka). Szybkość zarodkowania dla badanego materiału została opisana równaniem Frasia. Parametry dopasowania w proponowanym modelu zostały wyznaczone statystycznie na podstawie danych doświadczalnych. Aby zrealizować założony cel pracy, wykonano kilka wytopów dla rożnych kompozytów AZ91/SiC. 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 (14÷18) oraz od przechłodzenia i udziału masowego SiC (19). Wyniki symulacji wykazują bardzo wysokie dopasowanie w stosunku do wyników doświadczalnych (rys. 14). Analiza wyników symulacji pozwala na poznanie wielu aspektów procesów odbywających się w krzepnącym odlewie (rys. 15÷17).

Słowa kluczowe

EN

micro-macro crystallization model; SiC particles; Fourier-Kirchhoff equation; Fras equation

PL

model mikro-makro krystalizacji; cząstki SiC; równanie Fouriera-Kirchhoffa; równanie Frasia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 703--707
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lelitko J.

autor

Żak P.

autor

Suchy J.

autor

Krajewski W.

autor

Krawiec H.

autor

Greer. L.

autor

Shumacher P.

autor

Shirzadi A.

autor

Haber K.

autor

Darłak P.

• AGH University of Science and Technology,

Bibliografia

• [1] Asthana R.: Solidification processing of reinforced metals. Key Engineering Materials 151-152 (1998) 234-300.
• [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) 1653-59.
• [5] 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.
• [6] Maltais A., Dube D., Roy F., Fiset M.: Optical anisotropy of a color-etched AZ91 magnesium alloy. Materials Characterisation 54 (2005) 315-326.
• [7] 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.
• [8] 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.
• [9] Johnson W. C., Heckel R. W.: Mathematical modeling of diffusion during multiphase layer growth. Metallurgical Transactions 12 (1981) 1693-97.
• [10] Cybo J., Jura S.: Funkcyjny opis struktur izometrycznych w metalografii ilościowej [in Polish]. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, Poland (1995).
• [11] Maxwell I., Hellawell A.: A simple model for refinement during solidification. Acta Metallurgica 23 (1975) 229-237.
• [12] Quested T. E., Dinsdale A. T., Greer A. L.: Thermodynamic modelling of growth-restriction effects in aluminium alloys. Acta Materialia 53 (2005), 1323-1334.
• [13] Kurz W., Fisher D. J.: Fundamentals of solidification. Trans Tech Publications, Zurich (1992).