A mágneses keverés hatása az eutektikus Al–Si ötvözet mikroszerkezetére
Absztrakt
Másodközlés – Eredeti közlemény: Éva Kócsák, András Roósz, Arnold Rónaföldi, Zsolt Veres Effect of Magnetic Stirring on the Microstructure of Eutectic Al-Si Alloy
Crystals 2025, 15(9), 778.
https://doi.org/10.3390/cryst15090778
A cikkben a forgó mágneses térrel (RMF) való keveréssel és keverés nélkül kristályosított eutektikus alumínium–szilícium (Al–12,6 tömeg% Si) ötvözet próbáinak a részletes vizsgálatát mutatjuk be. A kristályosítási kísérletek, amelyeket a MICAST Hungary projekt keretében végeztük, a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) a Solidification and Quench Furnace (SQF) berendezésben végzett kristályosításnak a tükörkísérletei voltak.
A földi minták az ISS-en végzett kísérletekkel azonos kristályosítási paraméterek mellett készültek.
A vizsgálat során elemeztük a minták mezoszerkezetét és az eutektikus mikroszerkezetet mind a mágneses keve-résnek kitett, mind a keverés nélküli (RMF-mentes) minták esetében. Különös figyelmet fordítottunk a mágneses keverés hatásának az olyan kulcsfontosságú mikroszerkezeti jellemzőkre, mint az eutektikuslemez-távolság, a lemezek hossza, valamint a lemezek térbeli orientációja.
E paraméterek mérése és elemzése átfogó képet ad az eutektikumok mikroszerkezetéről. A kísérletben alkalmazott 10 mT-val való RMF keverés kimutatható hatást gyakorol az eutektikus szerkezet kialakulására: az alumíniumdendritek a kevert minta mindkét szélén koncentrálódnak, arányuk pedig a minta vége felé csökken. Ezzel szemben a keverés nélküli mintában hosszú, elnyúlt Al-dendritek kristályosodnak a hőelvonás irányával párhuzamosan, és ezek aránya, valamint mérete a minta mentén fokozatosan növekszik. A vizsgálat lehetséges összefüggést tárt fel az eutektikus lemezhossz csökkenése és a lemezek átlagos távolsága között.
Hivatkozások
Zimmermann, G.; Weiss, A.; Mbaya, Z. Effect of forced melt flow on microstructure evolution in Al-Si7Mg0.6 alloy during directional solidification. Mater. Sci. Eng. 2005, 413, 236–242. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.09.049
Zimmermann, G.; Weiss, A. Directional solidification of dendritic microstructures in microgravity and with forced melt flow. Micro. Sci. Tech. 2005, 16, 143–149. https://doi.org/10.1007/BF02945965
Sriramamurthy, A.M.; Arunachalam, V.S. Eutectic growth in space. Bull. Mater. Sci. 1982, 4, 247–259. https://doi.org/10.1007/BF02919590
Croker, M.N.; Fidler, R.S.; Smith, R.W. The Characterization of Eutectic Structures. Roy. Soc. Pub. 1973, 335, 15–37. https://doi.org/10.1098/rspa.1973.0111
Brady, F.L. The Structure of Eutectics. J. Inst. Met. 1922, 28, 369-413.
Portevin, A.M. The Structure of Eutectics. J. Inst. Met. 1923, 29, 239-273.
Scheil, E. Über die eutektische Kristallisation. Int. J. Mater. Res. 1946, 37, 1–11. https://doi.org/10.1515/ijmr-1946-371-201
Podolinsky, V.V.; Taran, Y.N.; Drykin, V.G. Classification of binary eutectics. J. Cryst. Growth 1989, 96, 445–449. https://doi.org/10.1016/0022-0248(89)90543-5
Jackson, K.A.; Hunt, J.D. Lamellar and Rod Eutectic Growth. Trans. Metall. Soc. 1966, 236, 1129–1142. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-092523-3.50040-X
Walker, H.; Shan, L.; Lee, J.H.; Trivedi, R. Eutectic Growth in Three Dimensions. Metall. Mater. Trans. A 2007, 38, 1417–1425. https://doi.org/10.1007/s11661-007-9163-0
Fisher, D.; Kurz, W. A theory of branching limited growth of irregular eutectics. Acta Metall. 1980, 28, 777–794. https://doi.org/10.1016/0001-6160(80)90155-8
Magnin, P.; Mason, J.T.; Trivedi, R. Growth of irregular eutectics and the Al-Si system. Acta Metall. Et Mater. 1991, 39, 469–480. https://doi.org/10.1016/0956-7151(91)90115-H
Steen, H.A.H.; Hellawell, A. The growth of eutectic silicon-Contributions to undercooling. Acta Metall. 1975, 23, 529–535. https://doi.org/10.1016/0001-6160(75)90093-0
Clapham, L.; Smith, R.W. Partial modification in unidirectionally solidified Al-Si eutectic alloys. Acta Metall. 1989, 37, 303–311. https://doi.org/10.1016/0001-6160(89)90288-5
Stefanescu, D.M. Science and Engineering of Casting Solidification, 2nd ed.; Springer: New York, NY, USA, 2008; pp. 529–535. ttps://doi.org/10.1007/978-3-319-15693-4
Hernández, F.R.; Sokolowski, J. Comparison among chemical and electromagnetic stirring and vibration melt treatments for Al-Si hypereutectic alloys J. Alloys Compd. 2006, 426, 205–212. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.09.039
Li, X.; Fautrelle, Y.; Gagnoud, A.; Ren, Z.; Moreau, R. EBSD study of the influence of a high magnetic field on the micro-structure and orientation of the
Al-Si eutectic during directional solidification. Metall. Mater. Trans. 2016, 47, 2952–2963. https://doi.org/10.1007/s11661-016-3432-8
Abdallah, A.; Roósz, A.; Rónaföldi, A.; Veres, Z. Effect of Solid/Liquid and Eutectic Front Velocities on Microstructure Evo-lution in Al-20%Cu Alloys.
Crystals 2024, 14, 638. https://doi.org/10.3390/cryst14070638
Zuo, X.; Zhao, C.; Zhang, L.; Wang, E. Influence of Growth Rate and Magnetic Field on Microstructure and Properties of Directionally Solidified Ag-Cu
Eutectic Alloy. Materials 2016, 9, 569. https://doi.org/10.3390/ma9070569
Koçak, Y.; Engin, S.; Böyük, U.; Marasli, N. The influence of the growth rate on the eutectic spacings, undercoolings and mi-crohardness of directional
solidified bismuth-lead eutectic alloy. Curr. Appl. Phys. 2013, 13, 587–593. https://doi.org/10.1016/j.cap.2012.10.005
Hu, Z.; Huo, Q.; Chen, Y.; Liu, M.; Chen, X. Improving Mechanical Property of Hyper-Eutectic Al-Si Alloys via Regulating the Microstructure by Rheo-
Die-Casting. Metals. 2023, 13(5), 968. https://doi.org/10.3390/met13050968
Zemlyanov, A.V.; Utyaganova, V.R.; Dymnich, E.; Shamari N.N.; Nikonov, S.Yu.; Romanova, V.A.; Kulkov, A.S.; Balokhonov, R.R. A Study of Deformation
and Fracture of the Eutectic in an Additively Manufactured Al Si Composite Alloy. Phys Mesomech. 2023, 26, 678–690. https://doi.org/10.1134/S10299599230600737
Bibik, N.; Metel, A.; Cherenda, N.; Sotova, C.; Astashynski, V.; Kuzmitski, A.; Melnik, Y.; Vereschaka, A. Structure of Eutectic Al-Si Alloy Subjected
to Compression Plasma Flow Impact. Metals. 2024, 14(12), 1415. https://doi.org/10.3390/met14121415
Bayram, Ü. Directional Solidification of Al-Si-Ti Irregular Ternary Eutectic Alloy and Thermophysical Properties. Metall. and Mater. Trans. B. 2022, 53(1)
–3881. https://doi.org/10.1007/s11663-022-02648-6
Zhang, X., Zhou, Y., Zhong, G. et al. Effects of Si and Sr elements on solidification microstructure and thermal conductivity of Al-Si-based alloys. J Mater Sci. 2022, 57, 6428–6444. https://doi.org/10.1007/s10853-022-07045-7
Chen, H., Zeng, Y., Li, Y. et al. Study of Microstructure Scale and Regulation of Mechanical Properties of Al-6Si Hypoeutectic Alloy. Silicon 2023. 15, 1635-1646. https://doi.org/10.1007/s12633-022-02096-6
Sahoo, S.K., Majhi, J., Patnaik, S.C. et al. Microstructure characterisation and dry sliding wear behaviour of Al-Si near eutectic and hypereutectic alloys reinforced with in-situ TiB2 synthesized by stir casting route. Discov Mater. 2024, 4, 87. https://doi.org/10.1007/s43939-024-00163-w
El-Eraki, B., El-Sayed Seleman, M., El-Sissy, A. et al. Structural and mechanical modifications of hyper-eutectic Al-16Si alloy using friction stir processing. Discov. Appl. Sci. 2025, 7, 875. https://doi.org/10.1007/s42452-025-06762-3
Zakaraia, D.; Roósz, A.; Rónaföldi, A.; Veres, ZS. Influence of Magnetic Stirring and Eutectic Front Velocity on the Solidified Microstructure of Al-18 wt.% Si Alloy. Materials. 2024, 17(24), 6029. https://doi.org/10.3390/ma17246029
Choudhary, C.; Sahoo, K.L.; Keche, A. J.; Mandal, D.(2023). Effect of Ti addition on the microstructure and mechanical prop-erties of hypo-eutectic and eutectic Al-Si alloys. In: Broek, S. (eds) Light Metals 2023. TMS 2023. The Metals & Materials Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-22532-1_63
Veres, Zs.; Roósz, A.; Rónaföldi, A.; Sycheva A.; Svéda, M. The effect of melt flow induced by RMF on the meso- and mi-cro-structure of unidirectionally solidified Al-7wt.% Si alloy Benchmark experiment under magnetic stirring. J. Mater. Sci. Tech. 2022, 103, 197−208. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.06.060
Kassab, A.; Rónaföldi, A.; Roósz, A.; Veres, Z. Complex Characterization of Irregular Eutectic Structure. Hung. Mater. Chem. Sci. Eng. 2020, 45, 171–181. https://doi.org/10.32974.mse.2020.017
Kim, Y.W.; Shingu, P.H. The effect of the fluid flow strength on macro-segregation in the unidirectionally solidified structure of eutectic Al-Si. J. Mater. Sci. Lett. 1990, 9, 241–243. https://doi.org/10.1007/BF00727731
Zhiqiang, C.; Junze, J.; Dong, L.; Xianshu, Z.; Cho, Y.; Oh, Y.; Shim, J. Thermodynamic criterion of separated eutectic phe-nomena. J. Mater. Sci. 1998, 33, 2313-2317. https://doi.org/10.1023/A:1004339421223
