view in publisher's site

Heat-treatment induced defect formation in α-Al matrix in Sr-modified eutectic Al–Si alloy

Highlights•Al-12.7%Si-0.04r alloys are investigated by SEM, TEM and neutron diffraction.•Heat treatment results in the refinement of both eutectic Si and α-Al phases.•Defect multiplication mechanism of eutectic α-Al is proposed.•The eutectic Si crystals fragment during rapid heating process.•Recrystallization of eutectic α-Al occurs during isothermal holding process.AbstractAn intensive formation of crystal defects in the α-Al matrix of an as-cast Sr-modified eutectic Al–Si alloy, induced by heat treatment with rapid heating, has been studied. This phenomenon arises from the fragmentation of the Si crystals and the diffusion of Al atoms into the cracks of the Si crystals. During the rapid heating process, a large temperature gradient is established within an as-cast Al–Si sample. It creates a tensile environment for the irregular-shaped and interconnected Si crystals, as the thermal expansion coefficient of the α-Al is ten times that of the Si. Under the thermal constraints, some Si crystals are broken, where the cracks produce the so-called “capillary force” that attracts the surrounding α-Al matrix to fill in them. As the migration of the Al atoms is substitutional, the Al diffusion creates fluxes of vacancies to the interior of the αAl matrix; thus, the crack volume is transferred to the αAl matrix. Due to the homogeneous distribution of the Si crystals and the random presence of the cracks, the αAl matrix is subjected to a varied migration of vacancies in site, in quantity and in direction. Such diffusion is further perturbed by local migration of Al atoms to accommodate the spheroidization of the Si induced by its shape instability. In this way, a large amount of crystal defects (vacancies and then dislocations) are produced in the α-Al matrix. The produced crystal defects then promote the recovery and even recrystallization of the α-Al matrix, resulting in its refinement. Such a mechanism of defect production is applicable to polycrystalline materials composed of phases with incompatible thermal and mechanical properties.Graphical abstractDownload : Download high-res image (393KB)Download : Download full-size image

ایجاد نقص در ماتریس α - Al در آلیاژ یوتکتیک Al - Si اصلاح‌شده با Sr

نقاط برجسته آلیاژهای Si - ۰.۰۴ r، Al - ۱۲.۷ % به وسیله SEM، TEM و پراش نوترون مورد بررسی قرار گرفتند. عملیات حرارتی منجر به تصفیه هر دو فاز Si یوتکتیک و α - Al می‌شود. مکانیزم ضرب یوتکتیک α - Al را تعریف کنید. کریستال‌های Si یوتکتیک در طول فرآیند گرمایش سریع تجزیه می‌شوند. تبلور مجدد α - Al یوتکتیک در طول فرآیند نگهداری همدما رخ می‌دهد. تشکیل شدید عیوب بلوری در ماتریس α - Al از آلیاژ یوتکتیک Al - Si اصلاح‌شده با Sr، القا شده توسط عملیات حرارتی با حرارت سریع، مورد مطالعه قرار گرفته‌است. این پدیده از تکه‌تکه شدن کریستال‌های Si و نفوذ اتم‌های Al به ترک‌های کریستال‌های Si ناشی می‌شود. در طول فرآیند گرم کردن سریع، یک گرادیان دمای بزرگ در یک نمونه Al - Si ریختگی ایجاد می‌شود. آن یک محیط کششی برای بلوره‌ای سیلیکن با شکل نامنظم و به‌هم‌پیوسته ایجاد می‌کند چون ضریب انبساط گرمایی آلفا - Al ده برابر سیلیکن است. تحت محدودیت‌های حرارتی، برخی از کریستال‌های Si شکسته می‌شوند که در آن ترک‌ها نیروی مویینگی را تولید می‌کنند که ماتریس α - Al اطراف را برای پر کردن آن‌ها جذب می‌کند. از آنجا که مهاجرت اتم‌های Al یک جانشینی است، نفوذ Al شاره‌ای تهی جایی‌ها را به داخل ماتریس α [ Al ] ایجاد می‌کند در نتیجه حجم ترک به ماتریس α [ Al ] منتقل می‌شود. به خاطر توزیع همگن کریستال‌های Si و حضور تصادفی ترک‌ها، ماتریس α [ Al ] در معرض مهاجرت متنوع تهی جایی‌ها در محل، در مقدار و جهت قرار می‌گیرد. چنین نفوذی بیشتر با مهاجرت موضعی اتم‌های Al برای پوشش دادن اسفرودیزاسیون سیلیکن ناشی از ناپایداری شکل آن، آشفته می‌شود. در این روش، مقدار زیادی از عیوب بلوری (تهی جایی‌ها و سپس نابجایی ها)در ماتریس α - Al تولید می‌شود. سپس عیوب بلوری تولید شده، بازیابی و حتی تبلور مجدد ماتریس α - Al را افزایش می‌دهد که منجر به اصلاح آن می‌شود. این مکانیزم تولید نقص برای مواد چند بلوری متشکل از فازها با خواص مکانیکی و حرارتی ناسازگار قابل‌استفاده است.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.