Vol.1, No 8, 2001 pp. 965 - 980
UDC 669.018:678.023
MICROSEGREGATION PHENOMENA IN
Al-Cu-Mg ALLOY WITH CONSIDERING OF DIFFUSION PHENOMENA
IN PRIMARY PHASE
Igor Vušanović1, Dimitrije Voronjec2,
Matthew J. M. Krane3
1Faculty of Mechanical Engineering
University of Montenegro - Podgorica,
Cetinjski put bb, 81000 Podgorica
E-mail: igorvus@cg.ac.yu, igorvus@cg.yu
2Faculty of Mechanical Engineering
- Belgrade
3School of Materials Engineering, Purdue
University, USA
Abstract. Microsegregation phenomenon occurs during solidification
of alloys and it's defined by physics of solidifying phenomena. Solidification
paths on liquid's surface were determined with initial mixture compositions
and form of a ternary phase diagram. Solid layers which forms during solidification
process has a different compositions which leads to the forming of compositional
gradients in primary solid phase. An appropriate mathematical model contains
two different sets of equations: first, which are conservation equations
of mixture enthalpy and mixture compositions of Cu and Mg, and second which
describes generic ternary phase diagram of Al-Cu-Mg alloy. Solid's surface
is determined with partition coefficient equations and liquid's composition
of Cu and Mg. Only Al-rich corner is considered with two binary troughs,
dealing with precipitation of secondary "?" phase (Al2Cu) or "S" phase
(Al2CuMg). Diffusion of Cu and Mg in primary solid phase is described with
separate model, which assumed diffusion as 1-D unsteady phenomena. Results
of numerical analysis are compared with experimental results from open
literature.
Key words: microsegregation, Al-Cu-Mg alloy, ternary Al-Cu-Mg
phase diagram, primary solidification, secondary solidification, eutectic
reaction, diffusion in primary phase.
FENOMENI MIKROSEGREGACIJE U LEGURI Al-Cu-Mg
SA DIFUZIJOM LEGIRAJUĆIH ELEMENATA U PRIMARNOJ FAZI
Fenomen mikrosegreacije koji se odigrava tokom procesa očvršćavanja legura
definisan je fizikom procesa očvršćavanja višekomponentnih legura. Putanja
solidifikacije na površi tečnosti definisana je početnim sastavom legure
kao i fizičkim osobinama višekomponentnog faznog dijagrama legure. Slojevi
kristala koji se izdvajaju tokom procesa solidifikacije imaju medjusobno
različit maseni sastav legirajućih elemenata koji su definisani položajem
tzv. površi čvrste faze. Matematički model kojim je opisan fenomen mikrosegregacije
sastavljen je od dva seta jednačina: prvi, koji čine jednačine o održanju
srednje entalpije i srednjih masenih sastava bakra i magnezijuma, i drugi
koima je opisan trojni fazni dijagram legure Al-Cu-Mg. Položaj (jednačina)
površi čvrste faze definisan je sa tzv. parcijalnim koeficijentima i masenim
sastavima legirajućih elemenata u tečnosti. Jednačina površi tečnosti definisana
je za Al-ugao legure Al-Cu-Mg, zajedno sa dvije binarne doline duž kojih
dolazi do izdvajanja sekundarnih "?" faze (Al2Cu) ili "S" faze (Al2CuMg).
Difuzija legirajućih elemenata u primarnoj fazi sračunava se posebnim modelom
koji difuziju tretira kao 1-D nestacionaran problem. Rezultati dobijenih
numeričkih analiza su uporedjivani sa rezultatima već postojećih eksperimentalnih
analiza.
Ključne reči: mikrosegregacija, legura Al-Cu-Mg, fazni dijagram legure
Al-Cu-Mg,
primarna solidifikacija, sekundarna solidifikacija, eutektička reakcija,
difuzija u primarnoj fazi.
