Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân tích nhiệt trong quá trình đông đặc hợp kim eutectic Al–Cu: mối quan hệ giữa các tham số nhiệt, cấu trúc vi mô và độ cứng
Tóm tắt
Hợp kim eutectic được xem là ứng viên triển vọng cho các ứng dụng cấu trúc ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, việc khảo sát định lượng ảnh hưởng của quy mô chiều dài của cấu trúc vi mô eutectic đến các tính chất cơ học vẫn là một thách thức. Trong bối cảnh này, việc đánh giá hình thái, kích thước và phân bố của các pha tạo nên hỗn hợp eutectic, được đông đặc dưới chế độ chuyển tiếp và các điều kiện làm lạnh khác nhau, là cần thiết. Trong nghiên cứu này, một phổ lớn các tốc độ làm lạnh đã được thu được trong quá trình đông đặc trực tiếp trạng thái không ổn định của hợp kim Al–33 trọng lượng% Cu. Các kỹ thuật chính được sử dụng gồm: kính hiển vi quang học; kính hiển vi điện tử quét kết hợp phổ tán xạ năng lượng tia X, phổ huỳnh quang tia X và độ cứng Vickers (HV). Các cấu trúc vi mô thu được liên quan đến các tốc độ làm lạnh đông đặc khác nhau được hình thành bởi các thuộc địa eutectic. Ba vùng cấu trúc vi mô tạo thành thuộc địa, đó là, một eutectic dạng lamella Al–Al2Cu trung tâm mịn, một eutectic dạng lamella gợn sóng hẹp trung gian và một vùng eutectic biên lớn. Tạp chất sắt dường như có thể làm suy thoái eutectic thành một cấu trúc vi mô phân bố ngẫu nhiên hơn. Hình thái của các thuộc địa cho thấy có sự chuyển tiếp từ các tế bào đều sang dạng tấm với sự gia tăng tốc độ làm lạnh. Hơn nữa, sự phát triển của độ cứng theo chức năng của khoảng cách giữa các thuộc địa cũng được phác thảo. Độ cứng cao nhất đạt 200 HV liên quan đến một cấu trúc bimodal siêu mịn được hình thành bởi các thuộc địa eutectic dạng tấm với khoảng cách 13 µm và các lớp mỏng rất mịn với khoảng cách 330 nm.
Từ khóa
#Hợp kim eutectic #cấu trúc vi mô #độ cứng #đông đặc #nhiệt độ cao.Tài liệu tham khảo
Stefanescu DM, Abbaschian GJ, Bayuzick RJ. Solidification processing of eutectic alloys. Warrendale: Metallurgical Society; 1988. ISBN 0873390334.
Campbell J. Castings. 2nd ed. Butterworth-Heinemann; 2003.
Silva BL, Garcia A, Spinelli JE. Complex eutectic growth and Bi precipitation in ternary Sn–Bi–Cu and Sn–Bi–Ag alloys. J Alloys Compd. 2017;691:600–5.
Elliot R. Eutectic solidification. Int Met Rev. 1997;22:161–86.
Tiller WA. Liquid metals and solidification. Cleveland: ASM; 1958.
Reyes RV, Bello TS, Kakitani R, Costa TA, Garcia A, Cheung N, Spinelli JE. Tensile properties and related microstructures aspects of hypereutectic Al–Si alloys directionally solidified under different melt superheats and transient heat flow conditions. Mater Sci Eng A. 2017;685:235–43.
Kaya H, Çadırlı E, Gündüz M, Ulgen A. Effect of the temperature gradient, growth rate, and the interflake spacing on the microhardness in the directionally solidified Al–Si eutectic alloy. J Mater Eng Perform. 2003;12:544–51.
Hosch T, England LG, Napolitano RE. Analysis of the high growth-rate transition in Al–Si eutectic solidification. J Mater Sci. 2009;44:4892–9.
Kakitani R, Reyes RV, Spinelli JE, Cheung N, Garcia A. Relationship between spacing of eutectic colonies and tensile properties of transient directionally solidified Al–Ni eutectic alloy. J Alloys Compd. 2018;733:59–68.
Jackson KA, Hunt JD. Lamellar and rod eutectic growth. Trans Metall Soc AIME. 1966;236:1129–42.
Çadirli E, Ülgen A, Gündüz M. Directional solidification of the aluminium–copper eutectic alloy. Mater Trans JIM. 1999;40:989–96.
Ourdjini A, Liu J, Elliott R. Eutectic spacing selection in Al–Cu system. Mater Sci Technol. 1994;10:312–8.
Zimmermann M, Carrard M, Kurz W. Rapid solidification of Al–Cu eutectic alloy by laser remelting. Acta Metall. 1989;37:3305–13.
Stoichev NV, Yaneva SB, Regel LL, Videnskiy IV. Eutectic solidification of Al–Cu alloys influenced by convection. Adv Space Res. 1988;8:171–4.
Seetharaman V, Trivedi R. Eutectic growth: selection of interlamellar spacings. MTA. 1988;19:2955–64.
Zimmermann M, Carrard M, Gremaud M, Kurz W. Characterization of the banded structure in rapidly solidified Al–Cu alloys. Mater Sci Eng A. 1991;134:1278–82.
Yaneva S, Budurov S, Stoichev N, Chnistova S, Jonchev S. Eutectic crystallization of aluminium copper alloys (II). Influence of impurity elements. Kris Tech. 1975;10:395–400.
Zimmermann M, Karma A, Carrard M. Oscillatory lamellar microstructure in off-eutectic Al–Cu alloys. Phys Rev B. 1990;42:833–7.
Sahoo S, Ghosh S. Heat transfer, solidification, and microstructural evolution in Al–33Cu alloy during the starting of twin roll strip casting. Steel Res Int. 2014;85:207–18.
Tiwary CS, Mahapatra DR, Chattopadhyay K. Effect of length scale on mechanical properties of Al–Cu eutectic alloy. Appl Phys Lett. 2012;101:171901.
He G, Eckert J, Loser W, Schultz L. Novel Ti-base nanostructure-dendrite composite with enhanced plasticity. Nat Mater. 2003;2:33–7.
Park JM, Kim KB, Kim DH, Mattern N, Li R, Liu G, Eckert J. Multi-phase Al-based ultrafine composite with multi-scale microstructure. Intermetallics. 2010;18:1829–33.
Singh RK, Chattopadhyay K, Lele S, Anantharaman TR. Impact of substrate temperature on rapid solidification of an Al–Cu eutectic alloy. J Mater Sci. 1982;17:1617–22.
Bertorello HR, Biloni H. Structure and heat treatment influence on the tensile properties of Al–Al2Cu eutectic composites. Metall Trans A. 1972;3:73–82.
Meyers MA, Mishra A, Benson DJ. Mechanical properties of nanocrystalline materials. Prog Mater Sci. 2006;51:427–556.
Kashyap S, Tiwary CS, Chattopadhyay K. Effect of gallium on microstructure and mechanical properties of Nb–Si eutectic alloy. Intermetallics. 2011;19:1943–52.
Gunduz M, Çadirli E. Directional solidification of aluminium–copper alloys. Mater Sci Eng A. 2002;327:167–85.
Çadirli E, Büyük U, Engin S, Kaya H. Effect of silicon content on microstructure, mechanical and electrical properties of the directionally solidified Al-based quaternary alloys. J Alloys Compd. 2017;694:471–9.
Mondolfo LF. Aluminum alloys: structure and properties. London: Butterworth; 1976.
Mertinger V, Szabo G, Barczy P, Kovacs A, Czel G. Gravity influenced convection in Al–Ni melt. Mater Sci Forum. 1996;215(216):331–6.
Juarez-Hernandez A, Jones H. Growth temperature measurements and solidification microstructure selection of primary Al3Ni and eutectic in the αAl–Al3Ni system. Scr Mater. 1998;38:729–34.
Moura ITL, Silva CLM, Cheung N, Goulart PR, Garcia A, Spinelli JE. Cellular to dendritic transition during transient solidification of a eutectic Sn 07 wt% Cu solder alloy. Mater Chem Phys. 2012;132:203–9.
Zhao S, Li J, Liu L, Zhou Y. Eutectic growth from cellular to dendritic form in the undercooled Ag–Cu eutectic alloy melt. J Cryst Growth. 2009;311:1387–91.
Walder S, Rayder PL. Critical solidification behavior of undercooled Ag–Cu alloys. J Appl Phys. 1993;74:6100–6.
Drevet B, Camel D, Dupuy M, Favier JJ. Microstructure of the Sn–Cu6Sn5 fibrous eutectic and its modification by segregation. Acta Mater. 1996;44:4071–84.
Ventura T, Terzi S, Rappaz M, Dahle AK. Effects of solidification kinetics on microstructure formation in binary Sn–Cu solder alloys. Acta Mater. 2011;59:1651–8.
Han SH. Stability of a eutectic interface during directional solidification. PhD thesis, Iowa State University; 1995.
Tewari N, Raj SV, Locci IE. A Comparison between growth morphology of eutectic cells/dendrites and single-phase cells/dendrites. Metall Mater Trans A. 2004;35:1632–5.
Kurz W, Fisher DJ. Fundamentals of solidification. 3rd ed. Zurich: Trans Tech Publications; 1989.
Xu W, Feng YP, Li Y, Li ZY. Cellular growth of Zn-rich Zn–Ag alloys processed by rapid solidification. Mater Sci Eng A. 2004;373:139–45.
Ma D, Li Y, Ng SC, Jones H. Unidirectional solidification of Zn-rich Zn–Cu peritectic alloys—II. Microstructural length scales. Acta Mater. 2000;48:1741–51.
Vida A, Freitas ES, Brito C, Cheung N, Arenas MA, Conde A, Damborenea J, Garcia A. Thermal parameters and microstructural development in directionally solidified Zn-rich Zn-Mg alloys. Metall Mater Trans A. 2016;47:3052–64.
Rocha OFL, Siqueira CA, Garcia CA. Heat flow parameters affecting dendrite spacings during unsteady-state solidification of Sn–Pb and Al–Cu alloys. Metall Mater Trans A. 2003;34:995–1006.