Az ESTPHAD koncepció
I. rész: Kétalkotós egyensúlyi fázisdiagram
Absztrakt
A cikk termodinamikai egyenletekből származó egyenleteket mutat be a likvidusz- és a szolidusz-hőmérséklet, a likvidusz meredekségének és a kristályosodás szimulációjához szükséges megoszlási hányados kiszámításához. Az egyenletek állandói könnyen meghatározhatók az ismert diagramok digitalizálásával nyert vagy CALPHAD alapú szoftverrel számított adatokból. Az ESTPHAD hierarchikus felépítéssel rendelkezik, a kétalkotós (binér) rendszerek függvényeit a háromalkotós (ternér) rendszerek függvényeinek kiszámítására, a háromalkotós rendszerek függvényeit a négyalkotós (kvaternér) rendszerek függvényének számításánál használjuk fel, és így tovább. A módszert a Si–Ge izomorf, az Al–Mg és az Al–Si eutektikus típusú egyensúlyi fázisdiagramok likviduszának és szoliduszának feldolgozásával mutatjuk be. A háromkomponensű rendszerek függvényeinek kiszámítására szolgáló módszer alkalmazását a II. részben fogjuk ismertetni. Ennek a módszernek az az előnye, hogy a függvények egyszerűek, az állandók nagyon gyorsan meghatározhatók, és nagyon könnyen beépíthetők a szimulációs szoftverbe. A legjelentősebb előnye, hogy a számítási idő minimum három nagyságrenddel rövidebb, mint a CALPHAD típusú számításé.
Hivatkozások
A. Ludwig, M. Wu: Modelling the columnar-to-equiaxed transition with a three-phase Eulerian approach, Mater.Sci.Eng., A 413–414 (2005) 109–114. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.08.184
P. R. Goulart, K. S. Cruz, J. E. Spinelli, I. L. Ferreira, N. Cheung, A. Garcia: Cellular growth during transient directional solidification of hypoeutectic Al–Fe alloys. J. Alloy. Compd., 470 (2009) 589–599. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.03.026
H. Zhang, M. Wu, R. M. G. Christian, A. Ludwig, A. Kharicha, A. Rónaföldi, A. Roósz, Zs. Veres, M. Svéda: Dendrite fragmentation mechanism under forced convection condition by rotating magnetic field during unidirectional solidification of AlSi7 alloy. Acta Mater. 241 (2022) article id.118391. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118391
A. Roósz, H. E. Exner: Numerical modelling of dendritic solidification in aluminium-rich Al-Cu-Mg alloys. Acta Metall. Mater., (1990) 375–380. https://doi.org/10.1016/0956-7151(90)90068-R
M. C. Flemings: Solidification Processing. McGraw-Hill Book Company, New York, 423., 1974.
W. Kurz, D. J. Fisher: Fundamentals of Solidification, 4th edition, Trans Tech Publications, Uetikon-Zuerich, Switzerland, 1998
J. A. Dantzig, M. Rappaz: Solidification, EPFL Press, Engineering Science, 2009.
K. Qiu, R. Wang, C. Peng, X. Lu, N. Wang: Polynomial regression and interpolation of the thermodynamic data in Al–Si–Mg–Fe system. Calphad: Comput. Coupling Ph. Diagr. Thermochem., 48 (2015) 175–183. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2015.01.005
I. Vušanović, D. Voronjec, M. J. M. Krane: Microsegregation phenomena in Al-Cu-Mg Alloy with considering of diffusion phenomena in primary phase. Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering 1/8 (2001) 965–980. UDC 669.018:678.023.
G. Zhao, X.Z. Li, D. Xua, J. Guo, H. Fu, Y. Du, Y. He: Numerical computations for temperature, fraction of solid phase and composition couplings in ternary alloy solidification with three different thermodynamic data-acquisition methods. Calphad: Comput. Coupling Ph. Diagr. Thermochem., 36 (2012) 155–162. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2011.07.002
I. Kuti: Modelling of the microstructure of unidirectional solidification of binary solid solution. PhD dissertation, Miskolc, 2000.
K. Qiu, R. Wang, C. Peng: Mathematic model of liquidus temperature in quaternary aluminium phase diagram. Adv. Mat. Res. 1095 (2015) 545–548. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1095.545
X. Doré, H. Combeau, M. Rappaz: Modelling of microsegregation in ternary alloys: application to the solidification of Al–Mg–Si. Acta Mater., 48 (2000) 3951–3962. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00177-4
Q. Du, D. G. Eskin, L. Katgerman: Modelling macrosegregation during direct-chill casting of multicomponent Aluminium alloys. Metall. Mater. Trans., A38 (2007) 180–189. https://doi.org/10.1007/s11661-006-9042-0
Q. Du, D. G. Eskin, L. Katgerman: An efficient technique for describing a multi-component open system solidification path. Calphad 32 (2008) 478–484. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2008.06.007
A. Roósz, J. Szőke, M. Rettenmayr: A tool for modelling of microsegregation: An approximation method for partition coefficients in experimentally determined multicomponent phase diagrams, Z. Metallkd., 91/12 (2000)1013–1019. https://doi.org/10.1515/ijmr-2000-911209
H. Stöhr, W. Klemm: Über Zweistoffsysteme mit Germanium. I. Germanium/Aluminium, Germanium/Zinn und Germanium/Silicium. Z. Anorg. Allgem. Chem., 241/4 (1939) 305-323. https://doi.org/10.1002/zaac.19392410401
C. D. Thurmond: Equilibrium thermochemistry of solid and liquid aloys of Germanium and of Silicon. I. The solubility of Ge and Si in elements of groups I, II, IV and V. J. Phys. Chem., 57/8 (1953) 827–830. https://doi.org/10.1021/j150509a019
