Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Macro/Micro gradient of solute concentration during solidification of the Ni/Al./Ni interconnections

Wołczyński W., Guzik E., Kurzydłowski K. J., Kloch J., Janczak-Rusch J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 1

231-240

EN

A new model of the formation of the diusion interconnections has been proposed. Formation of the diusion interconnection consists of dissolution, solidification and homogenization. Dissolution is treated as a process leading to creation of 1D solid — liquid system closed for the mass exchange. Also the nominal concentration of the Al-solute for solidifi-cation is obtained as a result of the dissolution. Subsequently, a solidification is shown as a process beginning at the nominal solute concentration. The nominal concentration is placed on the liquidus line of the Ni-Al phase diagram and applied to the solidification model. Solidification produces dierent intermetallic phases in sequence so that macro-gradient related to average solute content of the area centre within the all phases is considered. A development of micro gradient of the Al-solute content within each intermetallic phase is also studied. Both macro and micro gradients are shown due to simulation of the solidification for the Ni-Al-Ni interconnection of the nominal solute content measured in the experiment.

PL

Zaproponowano model kształtowania się złącza dyfuzyjnego. Formowanie złącza następuje w etapach i składa się z rozpuszczania składników, krystalizacji oraz homogenizacji. Rozpuszczanie jest traktowane jako zjawisko kształtowania się jednowymiarowego układu faza ciekła — faza stała, zamkniętego dla wymiany masy. Również, stężenie nominalne składnika stopowego jest wynikiem rozpuszczania. W rezultacie takich założen, krystalizacja jest pokazana jako proces startujacy od stężenia nominalnego, które jest ulokowane na linii likwidus diagramu Ni-Al i użyte w modelu krystalizacji. W wyniku krystalizacji powstają różne fazy i zwiazki miedzymetaliczne w sekwencji wynikajacej z diagramu fazowego. Istnieje zatem makro-gradient stężenia odniesiony do środków bary-centrycznych wszystkich faz jakie powstają w procesie krystalizacji. Dodatkowo, powstawanie mikrogradientu stężenia w obrębie danej fazy również może być analizowane z zastosowaniem modelu. Obydwa gradienty makro- i mikro- są pokazane stosownie do symulacji procesu krystalizacji w odniesieniu do złacza Ni/Al/Ni o stężeniu nominalnym zmierzonym w eksperymencie.

2

A model for solidification of intermetallic phases from Ni-Al system and its application to diffusion soldering

Wołczyński W., Janczak-Rusch J., Kloch J., Rutti T., Okane T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 4

1042-1054

EN

The physical limitations of the back-diffusion parameter for the formation of solid solution in the Bridgman system are discussed and referred to a schematically drawn equilibrium phase diagram. The back-diffusion parameter is employed to develop the model for redistribution to its new version describing the formation of intermetallic phases resulting from the peritectic reactions. Solute redistribution and thickness of sub-layers are measured in soldered Ni-Al-Ni interconnections. The confrontation of the solute redistribution profile predicted by the model and solute redistribution profile measured in the interconnections suggests that the model can be applied to reproduce both experimental redistribution and ratio of solidified sub-layers by the theoretical predictions. The effect of the back-diffusion onto thickening of sub-layers and solute redistribution in the Ni-Al-Ni interconnection is discussed.

PL

Analizuje się fizykalne ograniczenia parametru dyfuzji wstecznej dla formowania się pojedynczej fazy stałej w systemie Bridgman'a. Analiza odniesiona jest do diagramu fazowego. Parametr dyfuzji wstecznej wykorzystano do opracowania zmodyfikowanej wersji modelu redystrybucji opisującej powstawanie faz międzymetalicznych jako wynik reakcji perytektycznych. Redystrybucja składnika oraz szerokość warstewek zostały zmierzone w spajanym dyfuzyjnie złączu Ni-Al-Ni. Zestawienie profilu redystrybucji składnika przewidzianego modelem ze zmierzonym profilem redystrybucji składnika wskazuje że model może byc zastosowany celem teoretycznego odtworzenia zarówno redystrybucji eksperymentalnej jak też proporcji krzepnących warstewek. Dyskutuje się wpływ dyfuzji wstecznej na pogrubianie się warstewek i na redystrybucję składnika w złączu Ni-Al-Ni.

3

Formation of the structure within Ni-Al alloys of a special application

Wołczyński W., Janczak-Rusch J., Kloch J., Guzik E.

Archiwum Odlewnictwa

|

2004

|

R. 4, nr 11/2

288--293

EN

Formation of the structure during diffusion soldering/brazing is considered. Some intermetallic phases/compounds are growing in a sequence. The growth of the phases/compounds is described by means of the adequate equations. A joint containing Al3Ni2 phase and Al3Ni compound was frozen to reveal the segregation across them as well as the thickness of sub-layers. The applied theory was medified by introducing a parameter responsible for freezing. The Ni-Al-Ni joints were produced using a specially designed vacuum soldering /brazing apparatus with a facility for rapid cooling. The SEM technique was applied to identify the sequence of intermetallic phases/compounds.

PL

Analizowane jest kształtowanie się struktury podczas powstawania złącz dyfuzyjnych. Fazy i związki międzymetaliczne wzrastają w określonej sekwencji. Ich wzrost opisany jest odpowiednimi równaniami. Złącze złożone z fazy Al3Ni2 oraz związku Al3Ni zostało zamrożone celem ujawnienia segregacji na jego szerokości jak również określenia wymiaru podwarstw. Zastosowana teoria została zmodyfikowana przez wprowadzenie parametru odpowiedzialnego za mrożenie struktury. Wyprodukowano złącze dyfuzyjne Ni-Al-Ni przy użyciu specjalnie skonstruowanego urządzenia próżniowego.

4

Mass transport at the solid\liquid interface during in situ growth of composites

Wołczyński W., Kloch J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2004

|

Vol. 49, iss. 2

339-354

EN

An improved theory for the formation of concentration field ahead the solid/liquid interface of the growing lamellar eutectics is presented. The solution of diffusion equation is given for new formulation of the boundary conditions governing the coupled lamellar growth with a leading phase. The boundary conditions are related to the interplay between the diffusion required for phase separation and the formation of the inter-phase between lamellae. The present analysis of these factors provides a justification for earlier approximate theories. The boundary conditions are formulated in such a way to establish the stability of lamellar structure formation under steady-state. It is assumed that stable growth of the lamellae is ensured by the separation of concentration fields within a boundary layer at the solid/liquid interfaces of alpha and ß phases, respectively. A coordinate system is attached to the s/l interface to be advancing in the z - direction, identically with interface moving at the constant velocity, v. The general mass balance is analysed for the liquid, taking into account the planar s/l interface. The local mass balance is also ensured but it requires to envisage a protrusion of the minor eutectic phase. The existence of lead distance is confirmed experimentally. The difference in undercooling is also considered as a phenomenon associated with the separation of concentration fields and existence of protrusion to relax the assumption of isothermal interface.

PL

W pracy zaprezentowano rozwiązanie problemu formowania się pola przed frontem krystalizacji eutektyk płytkowych. Zaproponowano stosowne rozwiązanie równania dyfuzji dla nowych warunków brzegowych związanych ze sprzężonym wzrostem eutektyk płykkowych uwzględniającym fazę wiodącą. Warunki brzegowe odniesione sa do oddziaływania między dyfuzją wymaganą do separacji faz eutektycznych a formowaniem się granicy między tymi fazami. Prezentowana analiza tych czynników uzasadnia pewne zastosowanie teorii znanych dotąd w tym zakresie. Warunki brzegowe są sformułowane w taki sposów aby zapewnić stabilne formowanie się płytek struktury eutektycznej w warunkach stacjonarnych. Założono, ze stabilny wzrost płytek jest zapewniony wtedy gdy ma miejsce separacja pól stężenia w strefie dyfuzyjnej przed frontem krystalizacji obydwu faz. Układ współrzędnych jest zaczepiony do frontu krystalizacji i przemieszcza się wraz z nim w kierunku pionowym ze stałą prędkością. Analizowany jest ogólny bilans masy dla fazy ciekłej przy założeniu, ze front krystalizacji jest płaski. Lokalny bilans masy jest również spełniony, ale wymaga uwzglednienia wyprzedzenia fazowego. Istnienie wyprzedzenia fazy zwilżającej przez wiodącą potwierdzono eksperymentalnie. Istnienie różnicy przechodzenia między frontami faz eutektyki jest również rozważane i traktowane jakozjawisko związane z separacją pól steżenia i istnieniem wyprzedzenia fazowego aby tym samym uwolnić się od założenia o idealnie izotermicznym froncie krystalizacji.

5

Model for the ZrO2-Y2O3 - Ceramic Solidification during the Atmospheric Plasma Spraying on the Ni-Substrate

Wołczyński W., Kloch J., Pawłowski A.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2002

|

Vol. 50, Nr 3

181--195

EN

A model of the structure formation during solidification of ceramic on the metalic substrate has been worked out. The 2D and 3D types of structure have been taken into account in the model. The model contains also the layer of chilled fine structure from the side of air as well as amorphous layer from the side of Ni-substrate. Additionally, a model for solute microsegregation and solute redistribution has been developed to describe the behaviour of solute within the three regions of 2D and 3D structures formation. The model allowed for selecting the measurement points, which can be interpreted by means of the equations, which take into account both partitioning and back-diffusion. An influence of solidification rate on partition ratio has also been taken into account in calculation. The theoretical curves of solute redistribution have been plotted to fit selected measurement points. The curves of solute redistribution allowed to determine the back-diffusion parameter for the three sub-layers visible within the morphology obtained during the atmospheric plasma spraying and solidification of ZrO2-Y2O3 ceramic on the Ni-substrate.

6

The variation strain ratio in deformed nickel single crystals with nominally stable crystallographic orientation

Truszkowski W., Wierzbiński S., Kloch J.

Archives of Metallurgy

|

2002

|

Vol. 47, iss. 2

145-155

EN

The unstable behaviour of the nominally stable single crystal samples of f.c.c. metals and alloys subdued to uniaxial straining is due, first of all, to two factors: the deviation of the crystallographic orientation from the nominal [uvw] direction, and imperfection of the inner structure, being the source of 'texture in a single crystal'. It is evident that in deformed single crystals the only parameter, which has an essential effect on plastic anisotropy, is crystallographic orientation. Thus, it is possible to evaluate the variation of crystallographic orientation at the tensile test indirectly, basing on the change of the atrain ratio. This statement explains the significance of the strain ratio "r" v. strain "epsilon" function in the analysis of instability of crystallographic orientation in single crystals subdued to the tensile test. The present paper should be considered as an attempt to explain the different characteristics of instability in nominally stable [100], ]111] and [110] f.c.c. single crystals.

PL

Niestabilne zachowanie obserwowane w nominalnie stabilnych próbkach monokryształów metali o sieci Al, poddanych jednoosiowemu rozciąganiu ma za główną przyczynę dwa czynniki: odchylenie orientacji krystalograficznej od nominalnej [uvw], i niedoskonałości struktury wewnętrznej, będącej przyczyną "tekstury w monokrysztale". Jest wiadomym, że w odkształconych monokryształach metali jedynym czynnikiem mającym istotny wpływ na anizotropię plastyczną jest orientacja krystalograficzna. Dlatego możliwa jest ocena zmiany orientacji krystalograficznej z wydłużeniem "epsilon" na drodze pośredniej, opierając się na zmianie stosunku wydłużeń "r". To stwierdzenie wyjaśnia znaczenie funkcji "r(epsilon)" w analizie niestabilności orientacji krystalograficznej w monokryształach poddanych próbie rozciągania. Praca stanowi próbę wytłumaczenia zmiennego stopnia niestabilności nominalnie stabilnych monokryształów [100], [111] i [110] metali i stopów o sieci Al poddanych próbie rozciągania.

7

Effect of the back-diffusion phenomenon on the solute 3D microsegregation within Al-75Zn alloy.

Wołczyński W., Kloch J., Środa S., Krajewski W.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

961-963

EN

A new model for dendritic growth is worked out to describe solute microsegregation, solute redistribution and amount of non-equlibrium precipitates. The model contains both extreme modes of solidification: the equilibrium solidification (lever rule) and the non-equilibrium solidification (the Scheils model). The current theory is given in two steps: first, to describe the effect of partioning on the behaviour of the liquid and solid/liquid interface, next the effect of back-diffusion on the solute microsegregation and redistribution within the solid. Both real and theoretical redistribution of the Zn-solute within Al-75Zn alloy are taken into account to show the model application. The back-diffusion parameter is calculated due to measurement of the Zn-solute redistribution. The so-called threshold back-diffusion parameter for a given nominal concentration of zinc is also calculated. The physical meaning of both the back-diffusion parameter and redistribution coefficient is shown on the basis of the equilibrium phase diagram. Both, coefficient of extent and intensity of redistribution are taken into account in analysis. The real amount of precipitates is compared to that predicted by theoretical calculation.

PL

Opracowano nowy model wzrostu dendrytów pozwalający opisać segregację składnika stopowego oraz ilość wydzieleń nierównowagowych. Model zawiera w sobie dwa znane ekstremalne przypadki krystalizacji, tj. : równowagową (regułę dźwigni) i nierównowagową, czyli tzw. model Scheila, jako przypadki szczególne. Proponowana teoria opracowana jest dwustopniowo; najpierw opisano wpływ współczynnika rozdziału na zachowanie się cieczy oraz frontu krystalizacji a następnie wpływ dyfuzji wstecznej na redystrybucję wewnątrz dendrytu. W pracy poddano analizie redystrybucję cynku dla przypadku krystalizacji stopu Al-75Zn. Na tej podstawie wyznaczono parametr dyfuzji wstecznej dla danego procesu oraz tzw. progową wartość tego parametru dla analizowanego stopu. Zinterpretowano fizykalne znaczenie parametru dyfuzji wstecznej jak też współczynnika redystrybucji na tle diagramu fazowego. Ponadto, analizowano współczynniki rozprzestrzeniania i intensywności redystrybucji. Rzeczywista ilość wydzieleń porównana została z ilością wyznaczoną teoretycznie.

8

Formation of the doublets during oriented growth of the Fe-4.34Ni alloy

Wołczyński W., Okane T., Kloch J., Ebner R.

Archives of Metallurgy

|

2001

|

Vol. 46, iss. 3

293-301

EN

The oriented growth of the Fe-4.34Ni alloy has been performed in the Bridgman system. The solid/liquid interface has been frozen and the cellular morphology has been revealed. The doublet cells have been selected from among all the frozen cells. The adequate equation has been applied to describe the geometry of the selected doublet cells. This equation is the solution of differential equation similar to inhomogeneous equation formulated for the pendulum motion with a restraining effect. The shape of revealed doublet cell has been reproduced using the formulated equations. Additionally the doublet shape has been confirmed applying the EBSD technique.

PL

Przeprowadzono krystalizację zorientowaną stopu Fe-4,34Ni w układzie Bridgmana. Zamrożono front krystalizacji ujawniając morfologię komórkową. Wśród wielu komórek wyselekcjonowano komórki dubletowe. Dobrano odpowiednie równanie dla opisu ich geometrii. Równanie to jest rozwiązaniem równania różniczkowego analogicznego do niejednorodnego równania opisującego ruch wahadła z hamowaniem. Odtworzono kształt frontu zamrożonej komórki obliczeniami według zaproponowanego równania. Dodatkowo, kształt dubletu potwierdzono na uzyskanej morfologii stosując technikę EBSD.

9

Effect of inhomogeneous tensile deformation on plastic anisotropy

Truszkowski W., Kloch J.

Archives of Metallurgy

|

2000

|

Vol. 45, iss. 1

3-15

EN

There are several methods leading to precise determination of plastic anisotropy of materials: all arc based on the strain ratio r versus strain c relationship. The present authors propose the description of the variation of plastic strain ratio during the macroinhomogeneous deformation by the sequence of processes of homogeneous strain in which stable, unchanging deformation mechanism is operating. Two groups of procedures should be displayed: the first consisting in the determination of strain ratio at several levels of deformation in the tensile test, and the second one when partial strains (due to the change of width and thickness of a sample) are related to the longitudinal strain. The effect of large experimental scatter around the r(ɛ) relationship may be minimized when calculating the fitting function based on maximal error procedure and describing the variation of r with ɛ by the hyperbolic relation. The method makes possible the determination of both, the r0 = r(0) value which describes the plastic anisotropy of material with a well defined physical meaning, and the r (strain ratio at a freely chosen strain, e.g. at the limit of uniform elongation: ra which is important for the plastic working technology.

PL

Wiele metod prowadzi do wyznaczenia wartości anizotropii plastycznej materiału, a wszystkie oparte są na zależności: stosunek wydłużeń r - wydłużenie ɛ. Autorzy proponują opis zmiany anizotropii plastycznej podczas makroniejednorodnego odkształcenia ciągiem procesów, w których działa niezmienny mechanizm deformacji. Dwie różne procedury należy rozgraniczyć: pierwsza polega na wyznaczaniu stosunku wydłużeń przy różnych stopniach odkształcenia w próbie rozciągania, w drugiej powstające na skutek zmiany szerokości i grubości próbki wydłużenia cząstkowe odnosimy do wydłużenia osiowego. Efekt znacznego rozrzutu doświadczalnego wokół funkcji r(ɛ) może być zminimalizowany na drodze obliczania funkcji aproksymującej wyniki eksperymentu metodą maksymalnego błędu i opisu zmiany r z ɛ funkcją hiperboliczną. Metoda umożliwia wyznaczenie zarówno wielkości r0 = r(0) mającej ściśle określony sens fizyczny, jak i wartości r dla dowolnego wydłużenia ɛ. np. na granicy wydłużenia równomiernego: r = ra, która to wartość posiada istotne znaczenie dla technologii przeróbki plastycznej.

10

'Package' morphology of the Al-3.5Li alloy solidified directionally in microgravity condition.

Wołczyński W., Nguyen-Thi H., Kloch J., Major B., Wyrzykowski J.W.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 3

612-615

EN

The so-called package morphology has been revealed in the Al-3.5Li alloy solidified directionally during microgravity test. The s/l interface has been quenched during the experiment. The 1D observation of longitudinal section of the s/l interface of the package morphology revealed doublets. The result of 1D experiment leading to doublets formation in terrestial conditions has been compared with 1D structure obtained from the microgravity test. A mathematical description of the s/l interface of doublets has been worked out. The package morphology is treated as a result of the interplay among the waves of perturbation which can appear on the plane surface of a single crystal growing in the microgravity conditions. The physical interpretation of proposed equations is given.

11

Contribution of the back-diffusion phenomenon to microsegregation of solute for dendritic and cellular growth.

Wołczyńska W., Kloch J.

Inżynieria Materiałowa

|

1998

|

R. XIX, nr 3

532-535

EN

New method for the estimation of solute redistribution in dendritic and cellular growth after back diffusion is developed. The redistribution depends on partition ratio kappa and back-diffusion parameter alpha known in Brody-Flemings theory. A definition for the redistribution coefficient beta is worked out. It enables to satisfy the mass balance at each stage of cellular or dendritic growth. The redistribution coefficient beta operates to increase the value of partition ratio kappa. The model is reducible to both Scheil approach and equilibrium solidification (lever rule). Physical justification for the back-diffusion parameter alpha is given. A modification of the definition for back-diffusion parameter is proposed to apply it to experimental measurements.

12

Solute redistribution after back-diffusion in cellular and dendritic growth of binary alloys

Wołczyński W., Kloch J.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

1998

|

Vol. 46, nr 3

277-288

EN

A modification of the Brody-Flemings model for microsegregation is worked out to describe a solute redistribution for oriented cells and dendrites. An improved equation for the liquid concentration is introduced into the presented model. The solute redistribution satisfies mass balance at each stage of directional growth of binary alloys. The back-diffusion into the solid is also included to analysis of the behaviour of the solute concentration in both liquid and solid. The limitation and physical justification for the alfa-back diffusion parameter are considered. The limitation determines both extremal values of alfa-back diffusion parameter; 0 <=alfa<=1. The alfa-parameter is defined as the ratio of solidification time to diffusion time. The presented model is reducible to the Scheil model for alfa = 0 and to the equilibrium solidification for alfa = 1.

13

New aspects of plastic anisotropy in materials

Truszkowski W., Kloch J.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

1998

|

Vol. 46, nr 3

289-300

EN

Plastic anisotropy of materials can be calculated from the tensile test data following two ways: (1) by the analysis of the strain ratio [gamma] vs elongation [epsilon] relationship, or (2) by relating partial strains (epsilon w and epsilon t) due to width and thickness strains to the total elongation [epsilon]. It has been shown that when based on hyperbolic description of the funkcja(epsilon) relationship, the former method (1) makes possible the precise determination of the [gamma]0 value which constitutes the anisotropy coefficient with well defined physical meaning. The latter way (2) could be useful for determining the [gamma]0 value only in the case of the fully homogeneous deformation at the tensile test when both epsilon w(epsilon) and epsilon t(epsilon) are straightlinear functions in the whole zone of uniform elongation.

14

Solid/liquid interface ishape in cellular pattern formation

Wołczyński W., Kloch J., Nguyen-Thi H., Wyrzykowski J.

Archives of Metallurgy

|

1998

|

Vol. 43, iss. 1

15-26