Numerical modeling and experimental investigation of Co-Cr-Mo alloys solidification

• Autorzy: Bocardo Escobedo J. , Cervantes Pedroza Carmen del L. , Donizak J. , Kolenda Z.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne i badania eksperymentalne krzepnięcia stopów Co-Cr-Mo

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Solidification modeling based on classical macroscopic energy, mass, momentum and solutecontinuity equations does not allow to predict of microstructural parameters satisfactorily. In past decades several attemps have been made for the developing of modelling methodology for the coupling macro transport equations with the transformation kinetics in the micro scale. The micromodeling focused to the multicomponent alloys is still rare, despite the majority of the new industrial alloys are formed from complex multicomponent systems. the paper presents the micromodeling procedure coupled with thermodynamic calculation and experimental investigations for the Co-Cr-Mo alloys, frequently used as biomaterials for the production of endoprotheses. Both, experimental and numerical results showed that: the grain structure is mainly influenced by the cooling rate, the partition coefficients exhibit significant dependency on the cooling rate, the high cooling rate promotes early formation of fine intragranular carbides.

PL

Modelowanie krzepnięcia stopów metali oprte na klasycznych makroskopowych równaniach bilansu pędu, energii, masy nie pozwalają na symulacje mikrostrukturalnych parametrów odlewów z wystarczającą precyzją. W ostatnich dekadach podjęto szereg prób w celu opracowania metodologii modelowania matematycznego procesu krzepnięcia, które bazują na sprzęgnięciu makroskopowych równań transportu z kinetyką transformacji fazowej w skali mikroskopowej. Jednak prace poświęcone modelowaniu krzepnięcia stopów wieloskładnikowych sa nadal rzadkie, mimo iż stopy te mają istotne znaczenie przemysłowe. Artykuł przedstawia propozycję procedury obliczeniowej mikromodelu skojarzonej z obliczeniami termodynamicznymi i badaniami eksperymentalnymi dla stopów na bazie układu Co-Cr-Mo, które znajdują zastosowanie przy produkcji bio-materiałów do wytwarzania endoprotez. Zarówno wyniki eksperymentalne jak i rozwiązania modelowe potwierdzaja, iż struktura ziarnowa badanych stopów oraz współczynniki podziału wykazują istotną zależność od szybkości studzenia, oraz iż wysoka szybkość studzenia promuje wczene tworzenie się wewnątrzziarnowych węglików.

Słowa kluczowe

EN

alloy Co-Cr-Mo; numerical modelling; solidification

PL

stop Co-Cr-Mo; modelowanie numeryczne; krzepnięcie

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2003
• Tom: Vol. 48, iss. 1
• Strony: 53--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bocardo Escobedo J.

• Cinvestav Unidad Saltillo, Carretera Saltillo-Monterrey km 13.5, A.P. 663, Saltillo, Coahuila, Mexico

autor

Cervantes Pedroza Carmen del L.

• Cinvestav Unidad Saltillo, Carretera Saltillo-Monterrey km 13.5, A.P. 663, Saltillo, Coahuila, Mexico

autor

Donizak J.

• Katedra Teorii Inżynierii Procesów Metalurgicznych, Wydział Metali Nieżelaznych, AGH, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Kolenda Z.

• Katedra Teorii Inżynierii Procesów Metalurgicznych, Wydział Metali Nieżelaznych, AGH, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

Bibliografia

• [1] J. Marciniak, Biomaterials, Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice 2002 (in Polish)
• [2] D. M. Stefanescu, Methodologies for and Performance of Macro Transport - Transformation Kinetics Modeling of Cast Iron. J. Adv. Materials Research 4-5, 89-104 (1997).
• [3] M. Rettenmayr, Computational Methods in Materials Science. MRS. Symp. Proc., 278, 325-330 Ed. J. E. Mark et al., (Pittsburgh. PA: MRS. 1992).
• [4] D. A. Porter, K. E. Easterling, Phase Transformations in Metals and Alloys. Van Nostrand Reinhold Co. (UK), 1994.
• [5] S. Chen, W. Oldfield, Y. A. Chang, M. K. Thomas, Modelling Solidification of Turbine Blades Using Theoretical Phase Relationships. Met. Trans. 25A, 1525-1533 (1994).
• [6] K. C. Chou, Y. A. Chang. Ber. Bunsenges, Phys. Chem. 93, 735-41 (1989).
• [7] I. G. Eroschenkova, A. M. Zaharov, B. G. Olenicheva, Metalurgical Alloys Phase Diagrams. 60-62 Moskva (1985).
• [8] E. Scheil, Z. Metallk. 34,70 (1942).
• [9] L. Nastac, D. M. Stefanescu, An Analytical Model for Solute Redistribution during Solidification of Planar, Columnar, or Equiaxed Morphology, Met. Trans. 24A, 2107-2118 Sept. (1993).
• [10] H. D. Brody, M. C. Flemings, Trans TMS-AIME 236, 615 (1966).
• [11] W. Wołczyński, Modelling of Transport Phenomena in Crystal Growth. Ed. by J. S. Szmyd and K. Suzuki, WIT Press, 1119-59 Sothampton-Boston (2000).
• [12] M. Rappaz, S. A. David, J. M. Vitek, L. A. Boatner, Analysis of Solidification Microstructures in Fe-Ni-Cr Single Crystals Welds. Met. Trans. 21A, 1767-82 June (1990).
• [13] Ph. Thevoz, J. L. Desbiolles, M. Rappaz, Modeling of Equiaxed Microstructure Formation in Casting, Met. Trans. 20A, 311-22 (Feb. 1989).
• [14] W. Kurz, B. Giovanola, R. Trivedi, Theory of Microstructural Development during Rapid Solidification. Acta Metall. 34, 5, 823-30 (1986).
• [15] J. Lipton, W. Kurz, R. Trivedi, Rapid Dendrite Growth in Undercooled Alloys. Acta Metall. 35, 4, 957-64 (1987).
• [16] M. Rappaz, International Materials Reviews 34(3), 93-123 (1989).
• [17] E. Fraś, Crystallization of Metals and Alloys. PWN, Warsaw, 1992 (in Polish).
• [18] G. R. Speich, R. M. Fisher. Recrystallization, Grain Growth and Textures. ASM, Metals Park, 563-98 OH, (1996).
• [19] J. Ni, R. J. Feller, C. Beckermann, Modelling of Casting, Welding, and Advanced Solidification Processes -V. M. Rappaz, M. Ozgu, K. W. Mahin, Eds., TMS, 675-82, Switzerland, 1990.
• [20] M. Bobadilla, J. Lacaze, G. Lesoult, Influence des conditions de solidification surderoulement de la solidification des aciers inoxydables austenitiques, J. Cryst. Growth, 89, 531-544 (1988).
• [21] G. P. Ivantsov, Thermal and Diffusion Processes in Crystal Growth. Dokl. Akad. Nauk SSSR 58, 567 (1947).
• [22] W. W. Mullins, R. F. Sekerka, J. Appl. Phys. 35, 444 (1964).
• [23] Z. Kolenda, J. Donizak, J. C. Escobedo Bocardo, Least Squares Adjustment of Mathematical Model of Heat and Mass Transfer Process during Solidification of Binary Alloys, Met. Trans. 30B, 505-513 June 1999.
• [24] J. C. Escobedo Bocardo, M. A. Ramirez, Z. Kolenda, J. Donizak, Computer Aided Cooling Curve Analysis Applied to a Co-Cr-Mo System. Archives of Metallurgy 45(2), 185-196 (2000).
• [25] A. Savitzky, M. Golay, Smoothing and Differentiation of Data by Simplified Least Squares Procedures. Anal. Chem 36, 8, 309-313 (1964).