Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Størkning av eutektiske legeringer Viktige eutektiske legeringer er: støpejern og Al-Si Eutektiske legeringer klassifiseres i tre grupper:

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Størkning av eutektiske legeringer Viktige eutektiske legeringer er: støpejern og Al-Si Eutektiske legeringer klassifiseres i tre grupper:"— Utskrift av presentasjonen:

1 Størkning av eutektiske legeringer Viktige eutektiske legeringer er: støpejern og Al-Si Eutektiske legeringer klassifiseres i tre grupper:

2 Regulær eutektisk størkning Lamelle struktur: Pb-23 wt% CdStav struktur: Sn – 18 wt% Pb

3 Kompleks regulær eutektisk struktur Al -35 wt% Ge Eutektiske strukturer Irregulær struktur (??) av Al-9,6 wt%Si

4 Typer av eutektiske legeringer Lameller Stavformet Kuler Uregelmessige staver

5 Morfologi til eutektiske legeringer Ikke-facetterte faser vil ha en underkjøling på ca 0,2 °C Facetterte krystaller vil ha en større underkjøling, 1-2 °C, og ligge lenger unna laget der temperaturen er lik størkningstemperaturen. Et eutektikum bestående av en facettert og en ikke-facettert vil ofte få forgreninger i størkningen og en mer irregulær morfologi. Det gjelder ikke bestandig. Eksempler: Ag-Bi og Al-Al 3 Ni.

6 Kinetikken i vekst av eutektiske lameller Det er tre typer av reaksjoner som kan være opphav til en regulær struktur av plater (lameller): 1.En eutektiske reaksjon med ikke-facetterte faser 2.Eutektoid reaksjon (for eksempel dannelse av perlitt) 3.Diskontinuerlige utfellings reaksjoner Alle disse reaksjonene er avhengig av en kobling mellom to reaksjoner

7 Kinetikken i vekst av eutektiske lameller En smelte med eutektisk sammensetning, C B =C E, størkner. Det er en koblet vekst av α- og  -plater. I løpet av en tid dt beveger de seg fra posisjon I til posisjon II. Det må ha skjedd en diffusjon i smelten foran strøkningsfronten, og det har blitt dannet grenseflater mellom α- og  -fasen

8 Kinetikken i vekst av eutektiske lameller II B-atomer A og B atomer blir redistribuert foran størkningsfronten

9 Vekst av eutektiske lameller II Fluksen av B-atomer som blir kastet vekk fra α-platene: J= A α -1 *(dm/dt) = R*(C α (l)-C α (s)) ≈ R*(C E -C α ) der A α er overflatearealet mellom α-fase og smelte

10 Vekst av eutektiske lameller III Den laterale diffusjonen i Y-retning er omtrent lik: J(diff) = D*  C/(S 0 /2) Ved steadt state er J(frastøtt)=J(diff)  R (hastighet til størkningsfront:  C=midlere differens i sammensetning til smelten foran α- og  -plater

11 Størkning Rene størkner i et termisk felt ved en lav underkjøling  T k :  G =  S f *  T k Eutektikum fryser ved hjelp av tre irreversible prosesser: - Netto atomstrøm fra smelte til fast stoff - Diffusjon i smeltene foran α-fasen og  -fasen - Generering av en overflate α-  med overlateenergi:  α  Alle tre prosssene trenger energi Når et eutektikum fryser skjer det for en underkjøling  T E og en fri energi  G B :  G B =  S f *  T E der  S f *er størkningsentropien per volum av smelten.

12 Vekst av lameller IV Frigjort energi ved å flytte fronten dZ:  G B * S 0 * 1* dZ Kreert en overflateenergi: 2*  α  * 1* dZ Energi påkrevd for å diffundere atomer:  G d * S 0 * 1* dZ Energibalansen gir:  G B = (2*  α  /S 0 ) +  G d

13 Vekst av lameller V Anta at lamellene krymper til en minimumverdi S min Da vil atomene diffundere meget kort distanse og  G d  0 I dette tilfele vil den fri energi være gitt ved:  G B = 2*  α  /S min Generelt vil derfor fri energien påkrevd for å drive diffusjonen:  G d =  G B *(1- S min /S 0 ) =  S f *  T E *(1- S min /S 0 )

14 Vekst av lameller V Den totale underkjølingen:  T E =  T d +  T S Differensen i konsentrasjon foran fronten: Underkjølingen som skyldes diffusjon:

15 Vekst av lameller VI Størkningshastigheten er: Det innebærer at den totale underkjølingen  T E er:

16 Vekst av lameller VII Eksperimenter viste lamelleavstanden var omvent proporsjonal med roten av størkningshastigheten: S = konstant/  R Teoretisk fikk Zener og Tiller dette til ved å anta at størkningen skjedde for en lamelleavstand som ga minimum underkjøling  T E

17 Vekst av lameller VIII Den totale underkjøling: Den deriverte  T’=0 når S 0 =2S min Det gir en størkningshastighet på: der der S opt = S 0 Når S blir for stor dvs. større enn 10 µm, blir lamellene bølgete Når lamellene er små dvs. S <0,5 µm er det vanskelig å forhindre at lamellestrukturen bryter opp Vanlige eutektikum med regulær lamellestruktur har S ≈ 1-3 µm

18 Stabilitet til eutektiske grenseflater Rene binære eutektiske legeringer - Det er nesten ikke noen opphopning av elementer foran strøkningsfronten - For regulære mikrostrukturer er fronten planar for G l  0 For komplekse-regulære mikrostrukturer blir fronten i enkelte størkninger ustabil og dendritter kan forekomme ved lave G l.

19 Strukturen til urene eutektiske legeringer En tilsats eller forurensning til binære, eutektiske legeringer vil alltid ha en fordeling mellom smelte, α-fasen og  -fasen. Hvis partisjonskoeffesienten k < 1, vil det bli en opphopning av forurensningsatomer i smelte foran fronten. k < 1 kan gi opphav til en cellulær dendrittstruktur, og kolonier som skissert på figur I ternære systemer kan man få utfelling av to ulike faser i eutektiske lignende kolonier der den ene fasen kan inneholde forurensningselementet.

20 Partikler i en forurenset Al- 7 wt% Si legering Al Eutektikum: Al og Si-partikler Effekt av Fe og Mn-atomer: kolonier av grå avlange α-Al(Fe,Mn)Si (pil)

21 Regulær eutektisk størkning Lamelle struktur: Pb-23 wt% CdStav struktur: Sn – 18 wt% Pb 6% unna eutektikum 20% unna eutektikum

22 Eutektisk størkning av legeringer med avvikende sammensetning Sammensetningen er C: C = f α *C α + (1- f α )C  Midlere sammensetning kan bli forskjellig fra den eutektiske C E hvis volumet av f α kan øke (eventuelt avta) Det må være lettere å nukleere eutektikum kontra fasen α Det vil være en opphopning av B-atomer foran størkningsfronten for legeringer som skissert på figur A B T

23 Eutektiske strukturer for lave konsentrasjoner av B Betingelser for regulær eutektisk kompositt: 1. Smelten nær fronten har en eutektisk sammensetning Oppbygging av smelte rik på B foran fronten Kritisk superkjøling blir: G Cr =-mR(C E -C 0 )/D - Senere forskning har vist at superkjølingskriteriet virker for legeringer med C 0 nær C α - For legeringer med C nær C E kan man få planare fronter med meget lave G-verdier sammenlignet med kritisk superkjøling 2. Fronten er planar

24 Eutektiske strukturer Eksperimenter har vist at Eutekiske strukturer oppnås for lave størkningshastigheter dvs. G=1-5 °C/cm -De kan ha høye størkninghastigheter R. T AB Det skraverte området angir sammen- setninger der legeringene har koblet vekst av eutektikum.

25 Reulære eitektiske strukturer og krystallografi Det er ofte enkle krystallografiske sammenhenger mellom faser i regulære eutektiske strukturer Eksempel mellom tinn-bly: Interfase planet: Vekstretning: [211] Tinn - Bly

26 Dendrittisk vekst av krystaller i organisk smelte 100 µm

27 Vekst av α-partikler omgitt av eutektiske kolonier i en A-B legering som har avvikende sammensetning Eksempel: Al - 7 wt%Si

28 Kombinert vekst av dendritter og eutektikum Snitt gjennom en α-dendritt der kjernen har en lav konsentrasjon av atom B -Dendrittene er omgitt av eutektikum α- .

29 Peritektisk størkning T α ++ Smelte α


Laste ned ppt "Størkning av eutektiske legeringer Viktige eutektiske legeringer er: støpejern og Al-Si Eutektiske legeringer klassifiseres i tre grupper:"

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google