Comparison of dynamical and empirical simulation methods of secondary dendrite arm coarsening
Abstract
A dendritesen kristályosodott ötvözet fizikai és mechanikai tulajdonságai jelentős mértékben függenek a szekunder dendritág távolságtól (Secondary Dendrite Arm Spacing, SDAS). Az öntészeti gyakorlatban a kristályosodás szimulációjához használható, de egyszerű módszerre van szükség az SDAS kiszámításához a kristályosodás alatt és a végén a lehűlési sebesség függvényében. Számos kristályosodási kísérlet alapján az SDAS kiszámítására szolgáló egyszerű egyenlet (empirikus
módszer) a helyi kristályosodási időt használja (a likvidusz és szolidusz hőmérsékletek között eltelt idő), amely a mért lehűlési görbékből számítható nem irányított kristályosodás esetében, vagy kiszámítható a hőmérsékleti gradiensből és az olvadék/szilárd front sebességéből egyirányú kristályosodás esetében. Ez az egyenlet nem használható az SDAS kiszámításához a kristályosodás során. Kirkwood kidolgozott egy félempirikus módszert az ötvöző elemnek az olvadékfázisban
végbemenő diffúziójára alapozva, amely a fizikai paraméterek mellett csak egy geometriai tényezőt tartalmaz, ami állandónak tűnik a különböző ötvözeteknél. A fizikai paraméterek a hőmérséklettől függenek, ezért az egyenletet nem lehet zárt formában integrálni, ezért csak a kristályosodás végén kialakuló SDAS számítható az egyenlettel. Ebben a cikkben először a szilárd/olvadék határfelület görbületének az egyensúlyi koncentrációkra gyakorolt hatását, majd a szekunder dendritág
(SDA) durvulásának különböző folyamatait mutatjuk be. Korábbi cikkünkben leírtuk, hogy empirikus módszerrel a végső SDAS elfogadható pontossággal kiszámítható Al-7wt%Si-ötvözet esetében egyirányú kristályosítási kísérlet esetén. Ebben a cikkben azt mutatjuk meg, hogy a kísérletekből ismert lehűlési görbét használva a Kirkwood-egyenletet numerikusan integrálva az SDAS kiszámítható a kristályosodás közben és a végén, jó egyezésben a kísérleti eredményekkel. A két számítási módszert összehasonlítva megállapítottuk, hogy a módszerek pontossága hasonló a kristályosodás végén kialakuló SDAS esetében, de a kristályosodási szimuláció eredménye (a mikrodúsulás mértéke) pontosabb lesz a dinamikus módszer alkalmazásával. Azt is bemutatjuk, hogy a dinamikus módszerrel az SDAS bármilyen típusú lehűlési görbéből kiszámítható. A dinamikus módszert használva azt is bebizonyítottuk, hogy különböző SDAS-ok tartozhatnak ugyanahhoz a helyi kristályosodási időhöz.
