Effect of Ag on the precipitation stability in Al-Mg-Si-Ag alloy: First-principles calculations, Calphad modeling and experimental validation
Swobodne energie Gibbsa konkurujących faz w układzie stopowym Al–Mg–Si–Ag wyznaczono poprzez połączenie obliczeń ab initio (first-principles), metody rozwinięcia klastrowego (cluster expansion) oraz symulacji Monte Carlo, z walidacją eksperymentalną. Na tej podstawie opracowano bazę danych termodynamicznych dla układu Al–Mg–Si–Ag, umożliwiającą dokładne określenie stabilności faz oraz ich rozkładu fazowego. Analiza parametrów uporządkowania bliskiego zasięgu (short-range order) wykazała, że w stopach Al–Mg–Si dominują klastry zawierające Mg i Si, natomiast w stopie Al–Mg–Si–Ag podczas hartowania z wysokiej temperatury najpierw tworzą się klastry zawierające Mg i Ag, poprzedzające powstawanie klastrów Mg–Si–Ag. Obecność takich klastrów została potwierdzona za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). Dodatek Ag modyfikuje ponadto strukturę krystaliczną stref Guiniera–Prestona, prowadząc do powstawania wariantów Al₁₋zAg_z, Al₁₋x₋zMgₓAg_z oraz MgₓAg_z, podczas gdy struktura metastabilnej fazy β″ oraz stabilnej fazy β pozostaje niezmieniona. Obliczenia diagramów fazowych wskazują, że obszar fcc + β′/β′Ag stopniowo przekształca się w obszar fcc + β wraz ze wzrostem temperatury, co wskazuje na stabilizację fazy β′ przez dodatek Ag. Wyniki te na poziomie atomowym podkreślają rolę srebra w modyfikowaniu wczesnych etapów klasteryzacji i wydzielania faz. Pomiary twardości wykazały, że niewielki dodatek Ag zwiększa maksymalną twardość o około 20%, co jest zgodne z przewidywaną rolą wczesnego tworzenia klastrów Mg–Si–Ag w inicjowaniu nukleacji fazy β″. Uzyskane wyniki ustanawiają bezpośredni związek między termodynamiką w skali atomowej a makroskopowym umacnianiem materiału, dostarczając wskazówek do projektowania wysokowytrzymałych stopów Al–Mg–Si–Ag.
Artykuł:
Acta Materialia
Autorzy z PW:
Wei Shao, Witold Chromiński, Jan Wróbel
Dyscyplina:
Rok wydania: