1. ÚVOD DO MODELOVÁNÍ KONCENTRAČNÍCH PLOCH V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH Modelování je založeno na regresní analýze rovnovážných ploch solidu a likvidu terná

Podobné dokumenty
INTERAKCE PRVKŮ V TERNÁRNÍM SYSTÉMU WOLFRAM - MOLYBDEN - RHENIUM INTERACTIONS OF ELEMENTS IN THE TERNARY SYSTEM TUNGSTEN- MOLYBDENUM-RHENIUM

MODELOVÁNÍ TERNÁRNÍCH SYSTÉMŮ POMOCÍ PROGRAMU MATLAB NA PŘÍKLADU SLITINY Al-Cu-Si

MODELOVÁNÍ ROVNOVÁŽNÝCH PLOCH SOLIDU A LIKVIDU A STANOVENÍ ROVNOVÁŽNÝCH ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ RHENIA A MOLYBDENU V TERNÁRNÍM SYSTÉMU W-Mo-Re

KONCENTRAČNÍ A TEPLOTNÍ ZÁVISLOSTI ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ. Lumír Kuchař, Jaromír Drápala

TEORETICKÉ ASPEKTY KRYSTALIZACE TERNÁRNÍCH SLITIN A CHARAKTER SEGREGAČNÍCH DĚJŮ PŘI ROVNOVÁŽNÉ A NEROVNOVÁŽNÉ KRYSTALIZACI

STUDIUM ROVNOVÁŽNÉ, KVAZIROVNOVÁŽNÉ A NEROVNOVÁŽNÉ KRYSTALIZACE V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH EUTEKTICKÉHO A PERITEKTICKÉHO TYPU

Modelování ternárních systémů slitin

TEORETICKÉ STUDIUM BINÁRNÍCH FÁZOVÝCH DIAGRAMŮ NÍZKOTAVITELNÝCH KOVŮ THEORETICAL STUDY OF BINARY PHASE DIAGRAMS OF LOW-FUSING METALS

NĚKTERÉ ZKUŠENOSTI S MODIFIKACÍ SLITIN Mg. SOME OF OUR EXPERIENCE OF MODIFYING THE Mg ALLOYS. Luděk Ptáček, Ladislav Zemčík

, Hradec nad Moravicí POLYKOMPONENTNÍ SLITINY HOŘČÍKU MODIFIKOVANÉ SODÍKEM

PŘÍSPĚVEK K STANOVENÍ ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH CONTRIBUTION TO DETERMINATION OF DISTRIBUTING COEFFICIENTS IN TERNARY SYSTEMS

STUDIUM MIKROSEGREGACNÍCH JEVU PRI DENDRITICKÉ KRYSTALIZACI SLITIN NEŽELEZNÝCH KOVU

TEORETICKÉ STUDIUM ROVNOVÁŽNÝCH DIAGRAMŮ BINÁRNÍCH SYSTÉMŮ MĚDI, STŘÍBRA, ZLATA A PALADIA

Strukturní charakteristiky hořčíkové slitiny AZ91. Structure of Magnesium Alloy AZ91.

K CHEMICKÉ MIKROHETEROGENITĚ NIKLOVÉ SUPERSLITINY ON CHEMICAL MICROHETEROGENEITY OF A NICKEL SUPERALLOY

Jitka Malcharcziková a Miroslav Kursa b Josef Pešička c

STUDIUM STRUKTURNÍCH CHARAKTERISTIK MONOKRYSTALŮ NÍZKOLEGOVANÝCH SLITIN WOLFRAMU A MOLYBDENU

NOVÉ POZNATKY O STRUKTUŘE TVÁŘENÉ SLITINY AlSi12CuMgNi (AA 4032) Katedra náuky o materiáloch, Slovenská republika

STUDIUM VLASTNOSTÍ BEZOLOVNATÝCH PÁJEK PRO VYSOKOTEPLOTNÍ APLIKACE STUDY OF PROPERTIES OF LEAD-FREE SOLDERS FOR HIGH-TEMPERATURE APPLICATION

VLIV OBSAHU NIKLU NA VLASTNOSTI LKG PO FERITIZAČNÍM ŽÍHÁNÍ EFFECT OF THE CONTENT OF NICKEL ON DI PROPERTIES AFTER FERRITIZATION ANNEALING

MIKROSTRUKTURNÍ VLASTNOSTI V DIFUZNÍCH SPOJÍCH Ni 3 Al-Ni A NiAl-Ni. Barabaszová K., Losertová M., Kristková M., Drápala J. a

SMĚROVÁ KRYSTALIZACE EUTEKTIK SYSTÉMU Ti-Al-Si DIRECTIONAL CRYSTALLIZATION OF Ti-Al-Si EUTECTICS

STUDIUM VYBRANÝCH SLITIN NA BÁZI TERNÁRNÍHO SYSTÉMU MĚĎ INDIUM CÍN

Michalek Karel*, Gryc Karel*, Morávka Jan**

VŠB Technical University of Ostrava, Faculty of Mechanical engineering, 17. Listopadu 15, Ostrava Poruba, Czech Republic

, Hradec nad Moravicí

INTERMETALICKÉ FÁZE NA BÁZI Ti-Al-Si PŘIPRAVENÉ METODOU PRÁŠKOVÉ METALURGIE. INTERMETALLIC PHASES BASED ON Ti-Al-Si PREPARED BY POWDER METALLURGY

ELECTROCHEMICAL HYDRIDING OF MAGNESIUM-BASED ALLOYS

PŘÍSPĚVEK K TERMODYNAMICKÝM A DIFÚZNÍM INTERAKČNÍM KOEFICIENTŮM A JEJICH VZÁJEMNÉMU VZTAHU

VÝZKUM VLASTNOSTÍ SMĚSI TEKBLEND Z HLEDISKA JEJÍHO POUŽITÍ PRO STAVBU ŽEBRA

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

MODELOVÁNÍ PROCESU TUHNUTÍ A CHEMICKÁ HETEROGENITA INGOTU OCELI JAKOSTI 26NiCrMoV115. ŽĎAS, a.s., Strojírenská 6, Žďár nad Sázavou, ČR

PŘÍSPĚVEK K REDISTRIBUCI HLINÍKU VE SVARECH OCELÍ. ÚFM AV ČR Brno, Žižkova 22, Brno, ČR, million@ipm.cz

VLIV CHEMICKÉHO SLOŽENÍ A KINETIKY KRYSTALIZACE NA TVORBU SULFIDICKÝCH VMĚSTKŮ V OCELÍCH

STANOVENÍ DIFUZNÍCH CHARAKTERISTIK A INTERAKČNÍCH KOEFICIENTŮ Al V SYSTÉMU Ni 3 Al-Ni

ZPŘESNĚNÍ TEPLOT SOLIDU A LIKVIDU U LOŽISKOVÉ OCELI POMOCÍ METOD VYSOKOTEPLOTNÍ TERMICKÉ ANALÝZY

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

OPTIMALIZACE REŽIMU TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ PRO ZVÝŠENÍ MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ SLITINY ALSI9Cu2Mg

REAKTIVNÍ DIFUZE V SYSTÉMU Ni - Al. REACTIVE DIFFUSION IN Ni - Al SYSTEM. Karla Barabaszová a Monika Losertová a Jaromír Drápala a

MOŽNOSTI TVÁŘENÍ MONOKRYSTALŮ VYSOKOTAVITELNÝCH KOVŮ V OCHRANNÉM OBALU FORMING OF SINGLE CRYSTALS REFRACTORY METALS IN THE PROTECTIVE COVER

VLIV OBSAHU HLINÍKU NA VLASTNOSTI HOŘČÍKOVÝCH SLITIN PŘI ODLÉVÁNÍ DO BENTONITOVÝCH A FURANOVÝCH FOREM

BINÁRNÍ SYSTÉMY HORCÍK PRÍMES A ROZDELOVACÍ KOEFICIENTY PRÍMESÍ V HORCÍKOVÝCH SLITINÁCH. Lumír Kuchar, Jaromír Drápala, Kamil Krybus

SNÍŽENÍ OBSAHU ŽELEZA VE SLITINÁCH AlSiCuMgFe. DECREASE OF IRON CONTENTS IN AlSiCuMgFe ALLOYS. Jan Šerák, Dalibor Vojtěch, Pavel Novák, Václav Šefl a

PŘÍSPĚVEK K STANOVENÍ ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH - II. ČÁST. Jaromír Drápala, Ivana Kseničová, Petr Pacholek

VYUŽITÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY PRO STUDIUM TEPLOT FÁZOVÝCH PŘEMĚN REÁLNÝCH JAKOSTÍ OCELÍ VE VYSOKOTEPLOTNÍ OBLASTI

VLIV SMĚROVÉ KRYSTALIZACE NA MIKROSTRUKTURU SLITINY Ti-46Al-5Nb-1W

PREPARING OF AL AND SI SURFACE LAYERS ON BEARING STEEL

Krása fázových diagramů jak je sestrojit a číst Silvie Mašková

PROVĚŘENÍ VLIVU SMĚROVÉ KRYSTALIZACE NA VLASTNOSTI Ni 3 Al. VŠB TU Ostrava, třída 17. listopadu, Ostrava Poruba

K MODELOVÁNÍ TVORBY SULFIDICKÝCH VMĚSTKŮ V ZÁVISLOSTI NA CHEMICKÉM SLOŽENÍ A PODMÍNKÁCH TUHNUTÍ

Jitka Malcharcziková a Zdeněk Jedlička a Miroslav Kursa a

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ NIKLOVÝCH SUPERSLITIN HEAT TREATMENT OF HIGH-TEMPERATURE NICKEL ALLOYS. Božena Podhorná a Jiří Kudrman a Karel Hrbáček b

BIOLOGICKÉ LOUŽENÍ KAMÍNKU Z VÝROBY OLOVA

STANOVENÍ EFEKTIVNÍCH ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ PŘÍMĚSÍ PŘI ZONÁLNÍ RAFINACI. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Ostrava 4, ČR

FÁZOVÉ DIAGRAMY A JEJICH VÝZNAM PŘI KRYSTALIZACI

MODELY TUHNUTÍ A HETEROGENITY PLYNULE LITÉ BRAMY A JEJICH APLIKACE

LOMOVÉ CHARAKTERISTIKY A MECHANICKÉ VLASTNOSTI INTERMETALICKÉ SLOUČENINY Ni 3 Al V ZÁVISLOSTI NA SLOŽENÍ A PODMÍNKÁCH SMĚROVÉ KRYSTALIZACE

VYSOCEPEVNÉ HLINÍKOVÉ SLITINY SE ZLEPŠENÝMI SLÉVÁRENSKÝMI VLASTNOSTMI

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

HODNOCENÍ MIKROSTRUKTURY A VLASTNOSTÍ ODLITKŮ ZE SLITINY AZ91HP EVALUATION OF MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF SAND CAST AZ91HP MAGNESIUM ALLOY

Citlivost kořenů polynomů

PARAMETRICKÁ STUDIE VÝPOČTU KOMBINACE JEDNOKOMPONENTNÍCH ÚČINKŮ ZATÍŽENÍ

PŘÍSPĚVEK K POVRCHOVÉ ÚPRAVĚ SKLOVITÝM SMALTOVÝM POVLAKEM CONTRIBUTION TO SURFACE ARRANGEMENT WITH VITREOUS ENAMEL COAT

VLIV ZPŮSOBU ODBĚRU VZORKU TEKUTÉ OCELI NA OBSAH KYSLÍKU INFLUENCE OF SAMPLING TO FINAL OXYGEN CONTENT

VLIV KINETIKY KRYSTALIZACE NA CHEMICKOU MIKROHETEROGENITU NIKLOVÉ SUPERSLITINY IN 738LC

2 VLIV POSUNŮ UZLŮ V ZÁVISLOSTI NA TVARU ZTUŽENÍ

MOŽNOSTI VYUŽITÍ DTA - METODY V OBLASTI URCOVÁNÍ TEPLOT LIKVIDU A SOLIDU V SYSTÉMU Fe - C A Fe - C - X

STUDIUM REAKTIVNÍ DIFUZE V TERNÁRNÍM SYSTÉMU MĚĎ INDIUM CÍN STUDY OF THE REACTIVE DIFFUSION IN THE COPPER INDIUM TIN TERNARY SYSTEM

Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství VŠB-TUO a její spolupráce s průmyslem

Noise Measurement Měření hluku

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů

K. Novotný, J. Filípek

TEPELNÁ PRÁCE TRUBKOVÉHO KRYSTALIZÁTORU THERMAL WORK OF THE TUBE CC MOULD

*Mittal Steel Ostrava a.s., Vratimovská 689, Ostrava-Kunčice **VŠB-TU Ostrava, Tř. 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

DETERMINATION OF MECHANICAL AND ELASTO-PLASTIC PROPERTIES OF MATERIALS BY NANOINDENTATION METHODS

a Katedra materiálů FJFI ČVUT, Trojanova 13, Praha, ČR, b UJP PRAHA a.s., Nad Kamínkou 1345, Praha Zbraslav, ČR,

Vliv metody vyšetřování tvaru brusného kotouče na výslednou přesnost obrobku

MĚŘENÍ A MODELOVÁNÍ TEPLOTNÍCH POLÍ KOKILY S NÁTĚREM. Technická univerzita v Liberci, Háklova Liberec 1, ČR

SIMULACE ŠÍŘENÍ NAPĚŤOVÝCH VLN V KRYSTALECH MĚDI A NIKLU

HODNOCENÍ ISO PRO ROK 2010 KATEDRA 714

STŘEDNÍ PŘIROZENÉ DEFORMAČNÍ ODPORY PŘI TVÁŘENÍ OCELÍ ZA TEPLA - VLIV CHEMICKÉHO A STRUKTURNÍHO STAVU

, Hradec nad Moravicí

POROVNÁNÍ TEPLOT SOLIDU A LIKVIDU OCELÍ S34MnV, 20MnMoNi5-5 ZÍSKANÝCH POMOCÍ METOD TERMICKÉ ANALÝZY A VÝPOČTŮ

PODSTATA VYSOKOTEPLOTNÍ STABILITY Ni-Cr-W-C SLITIN. THE NATURE OF HIGH-TEMPERATURE HEAT RESISTANCE OF Ni-Cr-W-C ALLYS

5.0 ZJIŠŤOVÁNÍ FÁZOVÝCH PŘEMĚN

UNIVERZITA PARDUBICE

K ROZDĚLOVÁNÍ SKANDIA V HLINÍKU. Vysoká škola báňská - TU Ostrava, Ostrava, ČR. Lumír Kuchař, Jaromír Drápala

Karta předmětu prezenční studium

Ing. Tomáš MAUDER prof. Ing. František KAVIČKA, CSc. doc. Ing. Josef ŠTĚTINA, Ph.D.

Modelování proudění metanu

Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem

CREEP AUSTENITICKÉ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM CREEP OF AUSTENITIC DUCTILE CAST IRON

, Ostrava, Czech Republic

VÝZKUM OBLASTI PERITEKTICKÉ REAKCE - TEPLOTY TÁNÍ A TUHNUTÍ NÍZKOLEGOVANÝCH OCELÍ

NESTABILITY VYBRANÝCH SYSTÉMŮ. Úvod. Vzpěr prutu. Petr Frantík 1

TEPELNÁ ZÁTĚŽ, TEPLOTNÍ REKORDY A SDĚLOVACÍ PROSTŘEDKY

HODNOCENÍ ISO PRO ROK 2011 KATEDRA 714

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

Transkript:

PROGRESIVNÍ METODY REGRESNÍ ANALÝZY PRO VÝPOČET ROZDĚLOVACÍCH KOEFICIENTŮ V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH Vladimír Dostál a, Jaromír Drápala a Zuzana Morávková b a Vysoká škola báňská Technická Univerzita Ostrava, FMMI, katedra neželezných kovů, rafinace a recyklace, 708 33 Ostrava - Poruba, ČR, E-mail: v.kovaljov@seznam.cz b Vysoká škola báňská Technická Univerzita Ostrava, FMMI, Institut matematiky a deskriptivní geometrie, 708 33 Ostrava - Poruba, ČR Abstrakt Problematika rozdělovacích koeficientů k o v ternárních systémech je řešena pomocí regresní analýzy II. řádu. Použití této metody umožňuje modelovat chování rozdělovacích koeficientů k o v ternárních systémech pro jednotlivé složky (ideálních i reálných slitin) a tím napomáhá k hlubšímu pochopení principiálních základů jednak z hlediska obecného výzkumu a jednak tato metoda umožňuje předvídat některé děje (např. likvaci). Zvláštní pozornost je věnována systémům, kde dochází ke změně hodnot z k o > 1 na k o < 1, což můžeme pozorovat např. u systému Cu-Ni-Mn Teoretické výpočty jsou prováděny pomocí programu MATLAB a ty jsou konfrontovány s experimentálním měřením na energiově disperzním analyzátoru EDAX od firmy Philips. Experimentálně bylo připraveno 6 slitin Cu Ni-Mn (CuNi10Mn5, CuNi10Mn2, CuNi5Mn5, NiCu10Mn5, NiCu10Mn2, NiCu5Mn5), které byly přetaveny směrovou krystalizací (Bridgmanova metoda). Vzorky byly podrobeny metalografickému studiu a byla studována makrosegregace prvků v axiálním směru růstu krystalu. Progressive methods of regression analysis for calculation of distribution coefficients in ternary systems Problems of distribution coefficients k o in ternary systems is solved by means of the regression analysis of the second order. This method application enables to model the behaviour of distribution coefficients k o in ternary systems for individual components (both the ideal and real alloys) and helps to better understanding of fundamentals from the general research point of view. The method also enables to anticipate some processes (e.g. liquation). A special attention is given to the systems in which the distribution coefficient values change from k o > 1 to k o < 1, which is e.g. the case of the system Cu-Ni-Mn. Theoretical calculations are performed by means of the program MATLAB and they are confronted with experimental measurements on the energy disperse analyzer EDAX Philips. Six alloys Cu Ni Mn (CuNi10Mn5, CuNi10Mn2, CuNi5Mn5, NiCu10Mn5, NiCu10Mn2, NiCu5Mn5), prepared in an experimental way were treated by the directional crystallization (Bridgman method). Then the specimens were studied metallographically and macro-segregation of elements in the crystal growth axial direction was studied. 1

1. ÚVOD DO MODELOVÁNÍ KONCENTRAČNÍCH PLOCH V TERNÁRNÍCH SYSTÉMECH Modelování je založeno na regresní analýze rovnovážných ploch solidu a likvidu ternárního systému A B C, která využívá polynomu 2. stupně: t = a x + b x + c x x + d x + e x + t 2 B 2 C B C B C A m a, b, c, d, e jsou regresní koeficienty, x B, x C je množství příměsových prvků B a C [at. %], A T m je teplota tání základního prvku A. Program je koncipován tak, aby byl co nejjednodušší a přitom poskytoval výsledky s velmi dobrou přesností. K tomuto účelu slouží program MATLAB, který má integrované prostředí pro vědeckotechnické výpočty, modelování, návrhy algoritmů a simulaci. Hodnotu rovnovážného rozdělovacího koeficientu v ternárním systému lze určit ze spojnice (konody) dvou rovnovážných bodů na křivce solidu a likvidu pro zvolenou teplotu (obr. 3): A B C xsa A B C xsb A B C xsc ko A = ; ko B = ; koc = ; x x x T = konst. (2) LA LB Tímto způsobem lze určit hodnoty rozdělovacích koeficientů každého individuálního prvku v ternárním systému A-B-C pro konkrétní složení slitiny a pro zvolenou teplotu. Úspěšné modelování je především závislé na volbě vstupních dat, která se odečítají z reálných systémů. V tomto případě byl zvolen téměř ideální ternární systém Cu-Ni-Mn sestrojený Schürmannem [1]. Tento ternární diagram byl zrevidován Guptou (obr. 1) [2] a ten byl použit pro modelování rozdělovacích koeficientů. Na křivce solidu při teplotě 1200 C byla zjištěna závažná chyba, neboť křivka solidu je nad křivkou likvidu při téže teplotě, což v žádném případě není možné, a proto byla provedena korekce dat. V tomto ternárním diagramu se vyskytuje na straně Cu-Mn minimum, které zasahuje i do středu ternárního diagramu. Problematika ternárních systémů se týká nejen rozdělovacích koeficientů, ale také i izotermických řezů, izotermických řezů s konodami a polytermických řezů. Mezi izotermickými a polytermickými řezy existuje vazba, kterou můžeme využít jako zpětnou kontrolu. Vstupní data pro modelování ternárních systémů lze zadat ve 4 následujících variantách: VARIANTA 1 -vstupem jsou pouze odečtená data z ternárního diagramu VARIANTA 2 -vstupem jsou odečtená data a regresní koeficienty prvku A-B VARIANTA 3 -vstupem jsou odečtená data a regresní koeficienty prvku A-C VARIANTA 4 -vstupem jsou odečtená data a regresní koeficienty prvků A-B i A-C Program má 9 následujících voleb: 1.... tabulka a graf spočítaných teplot 2.... izotermické řezy 3.... polytermický graf pro at. % Cu=konst. nebo at. % Mn=konst. 4.... polytermický graf pro poměr Cu:Mn = konstanta 5.... izotermický graf s konodami 6.... vykreslení konody a výpočet rovnovážného koeficientu pro zadanou teplotu 7.... vykreslení konody a výpočet rovnovažného koeficientu pro at. % prvku 8.... tabulka koeficientů+ graf 9.... grafy koeficientů LC (1) 2

a) likvidus 1000 C 900 C 1100 C 1200 C 1300 C 1400 C b) solidus 1000 C 900 C 1100 C 1200 C 1300 C 1400 C Obr. 1 Ternání systém Cu-Ni-Mn v at. % dle Gupty [2] Fig. 1 Ternary system Cu-Ni-Mn in at.% by Gupta [2] 3

2. TERNÁRNÍ SYSTÉM Cu-Ni-Mn V OBLASTI VYSOKÝCH KONCENTRACÍ Cu Jak již bylo uvedeno v kapitole 1. na VŠB TU Ostrava vyvinutý výpočetní program modeluje i izotermické řezy (obr. 2). Izotermické řezy jsou velmi užitečné, neboť odhalují schopnost regrese do jaké míry je schopna postihnout konkrétní reálný systém. Tento mezikrok slouží především k odhalení nepřesností mezi výchozím v literatuře publikovaném ternárním diagramem a modelovaným diagramem popsaným rovnicí (1). Použití rovnice (1) je omezeno pouze pro jednodušší typy ternárních diagramů s ideálním nebo kvazideálním chováním tuhých roztoků nebo pro jednodušší diagramy s omezenou rozpustností v tuhém i kapalném stavu. Pro složitější ternární systémy je nutno použít modelovou rovnici parabolického typu, která však obsahuje 8 neznámých regresních parametrů [3]: 2 2 2 2 2 2 A t = a xb xc + b xb xc + c xb xc + d xb + e xc + f xb xc + g xb + h xc + tm (3) kde a, b, c, d, e, f, g, h jsou konstanty určené regresí. V praxi velmi důležitým krokem je výpočet rovnovážného koeficientu pro zadanou teplotu a nebo výpočet rovnovážného koeficientu pro at. % prvku. Na obr. 3 je vybrána slitina CuNi10Mn5 v at.%. V ternárním systému Cu-Ni-Mn dochází ke změně rozdělovacích koeficientů u mědi z Cu Ni Mn Cu Ni Mn > 1 na < 1. Rozdělovací koeficienty vypočtené programem MATLAB jsou k o Cu k o Cu buď v podobě textové souboru (tab.1,2,3, kde žlutě je podbarven přechod hodnot z k o > 1 na k o < 1 a červeným písmem jsou označeny experimentálně připravené vzorky), nebo je zde také možnost grafického znázornění (obr. 4,5,6). V tomto případě jsou pro názornost vybrány pouze rozdělovací koeficienty likvidické fáze. Rozdělovací koeficienty nejsou zde uváděny, neboť mají velmi podobný charakter. 900 C 1000 C 1100 C 1200 C Obr. 2 Ternární systém Cu-Ni-Mn vytvořený programem MATLAB Fig. 2 Ternary system Cu-Ni-Mn calculated by software MATLAB 4

Obr. 3 Izotermický řez s konodami pro konkrétní složení slitiny CuNi10Mn5 v at.% Fig. 3 Izothermic section with tie-lines for particular composition of CuNi10Mn5 in at.% Obr. 4 Graf rozdělovacích koeficientů Cu v ternárním systému Cu-Ni-Mn Fig. 4 Graph of distribution coefficients of Cu in ternary system Cu-Ni-Mn 5

Obr. 5 Graf rozdělovacích koeficientů Mn v ternárním systému Cu-Ni-Mn Fig. 5 Graph of distribution coefficients of Mn in ternary system Cu-Ni-Mn Obr. 6 Graf rozdělovacích koeficientů Ni v ternárním systému Cu-Ni-Mn Fig. 6 Graph of distribution coefficients of Ni in ternary systém Cu-Ni-Mn 3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Teoretické znalosti rozdělovacích koeficientů můžeme využít při experimentálních činnostech, a to především při procesech řízené solidifikace, např. při směrové krystalizaci. Pomocí teoretických výpočtů můžeme předvídat jevy jako jsou likvace, axiální a radiální koncentrační gradienty v reálných krystalech atd. Z těchto důvodů bylo připraveno 6 slitin o různém chemickém složení (tab. 4). Tyto slitiny byly připraveny na zařízení firmy CLASIC metodou směrové krystalizace (Bridgmanova metoda). Vzorky byly přetaveny v inertní atmosféře argonu při teplotě 1200 C. Po 30 minutové výdrži na dané teplotě byl vzorek řízenou rychlostí v = 10mm/h ochlazován. U vzorků byla provedena metalografická analýza. Vzorky byly broušeny na brusných papírech (P60, P120, P240, P400, P600, P800, P1000), poté vzorky byly leptány a leštěny elektrolyticky leptadlem A2 (označení je podle firmy Struerts). Výsledná struktura je uvedena na obr. 7. Byla rovněž provedena mikroanalýza vybraných míst u jednotlivých vzorků na energiově disperzním analyzátoru EDAX (obr. 8). 6

Tab. 1 Průměrné hodnoty rozdělovacích koeficientů Cu v ternárním systému Cu-Mn-Ni Tab. 1 Average values of distribution coefficients of Cu in ternary system Cu-Ni-Mn Mn\Ni 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 1.001 1.000 0.997 0.994 0.990 0.987 0.984 0.980 0.977 0.974 0.970 0.967 0.964 0.960 0.957 0.953 0.950 0.946 0.943 2 1.003 1.003 1.002 1.000 0.997 0.994 0.991 0.988 0.984 0.981 0.978 0.974 0.971 0.968 0.964 0.961 0.958 0.954 0.951 3 1.005 1.005 1.004 1.003 1.002 1.000 0.998 0.994 0.991 0.988 0.985 0.981 0.978 0.975 0.972 0.968 0.965 0.962 0.959 4 1.007 1.006 1.006 1.005 1.004 1.004 1.001 0.999 0.997 0.995 0.991 0.988 0.985 0.982 0.979 0.975 0.972 0.969 0.000 5 1.009 1.008 1.007 1.007 1.006 1.005 1.005 1.003 1.001 0.999 0.997 0.995 0.991 0.988 0.985 0.982 0.979 0.000 0.000 6 1.011 1.010 1.009 1.008 1.008 1.007 1.006 1.006 1.005 1.003 1.001 0.999 0.997 0.994 0.991 0.988 0.000 0.000 0.000 7 1.013 1.012 1.011 1.010 1.009 1.009 1.008 1.007 1.007 1.006 1.004 1.002 1.000 0.998 0.996 0.000 0.000 0.000 0.000 Tab. 2 Průměrné hodnoty rozdělovacích koeficientů Mn v ternárním systému Cu-Mn-Ni Tab. 2 Average values of distribution coefficients of Mn in ternary system Cu-Ni-Mn Mn\Ni 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 0.83 0.75 0.70 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 0.69 2 0.83 0.79 0.75 0.72 0.71 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 3 0.83 0.80 0.78 0.76 0.73 0.72 0.71 0.71 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 4 0.83 0.81 0.80 0.78 0.76 0.74 0.73 0.72 0.72 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 0.71 5 0.83 0.82 0.81 0.79 0.78 0.76 0.75 0.74 0.73 0.73 0.72 0.72 0.72 0.72 0.71 0.71 0.71 0.71 0.00 6 0.84 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.73 0.73 0.72 0.72 0.72 0.72 0.00 0.00 7 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.75 0.74 0.74 0.74 0.73 0.73 0.00 0.00 0.00 Tab. 3 Průměrné hodnoty rozdělovacích koeficientů Ni v ternárním systému Cu-Mn-Ni Tab. 3 Average values of distribution coefficients of Ni in ternary system Cu-Ni-Mn Mn\Ni 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 1.39 1.38 1.38 1.38 1.37 1.37 1.37 1.36 1.36 1.36 1.36 1.35 1.35 1.35 1.34 1.34 1.34 1.33 1.33 1 1.17 1.19 1.23 1.26 1.28 1.29 1.30 1.30 1.31 1.31 1.31 1.31 1.31 1.31 1.31 1.31 1.30 1.30 1.30 2 1.17 1.17 1.17 1.19 1.21 1.23 1.24 1.25 1.26 1.27 1.27 1.27 1.27 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.27 3 1.17 1.17 1.17 1.17 1.18 1.19 1.19 1.21 1.22 1.23 1.24 1.24 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 1.25 4 1.18 1.18 1.17 1.17 1.17 1.17 1.18 1.19 1.19 1.20 1.21 1.21 1.22 1.22 1.23 1.23 1.23 1.23 0.00 5 1.18 1.18 1.18 1.18 1.17 1.17 1.17 1.17 1.18 1.18 1.19 1.19 1.20 1.20 1.21 1.21 1.21 0.00 0.00 6 1.19 1.18 1.18 1.18 1.18 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.18 1.18 1.18 1.18 1.19 1.19 0.00 0.00 0.00 7 1.19 1.19 1.19 1.18 1.18 1.18 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.17 1.18 1.18 1.18 0.00 0.00 0.00 0.00 7

Dále byla provedena liniová chemická analýza (obr. 9) a pomocí Vigdoroviče [4] byla vyopčtena průměrná hodnota efektivních rozdělovacích koeficientů pro všechny přítomné prvky ve slitině. Z tohoto důvodu jsou osy v logaritmickém měřítku. Osa x je log(1-g), kde g =x/l o (l o je celková délka krystalu). Osa y je log c, kde c je obsah konkrétního prvku v at.%. Tab. 4 Chemické složení experimentálních vzorků slitin Cu-Ni-Mn and Ni-Cu-Mn [at.%] Table 4 Chemical composition of experimentally elements in Cu-Ni-Mn and Ni-Cu-Mn alloys [at.%] A B C D E F Ni 85 90 88 10 5 10 Cu 10 5 10 85 90 88 Mn 5 5 2 5 5 2 500 µm Obr. 7 Mikrostruktura slitiny CuNi10Mn5 po směrové krystalizaci v = 10 mm/h, šipka naznačuje směr pohybu krystalizační fronty Fig. 7 Microstructure of CuNi10Mn5 alloy after dirrection crystallization v = 10 mm/h, the crowfoot shows the direction of the move crystallization front 1 2 3 Prvek at. % at. % at. % Mn 5,32 4,89 5,12 Ni 13,52 13,00 12,86 Cu 81,15 82,11 82,02 max min Prvek at. % at. % at. % Mn 5,32 4,89 0,43 Ni 13,52 12,86 0,66 Cu 82,02 81,15 0,87 Obr. 8 Mikroanalýza 3 zrn u vzorku CuNi10Mn5 po směrové krystalizaci, v=10 mm/h Fig. 8 Microanalysis of three grains at the specimen CuNi10Mn5 after direction crystallization, v = 10 mm/h Tab. 5 Konkrétní hodnoty k ef a k o pro jednotlivé prvky dvou slitin typu Cu-Ni-Mn Table 5 Concrete values of k ef and k o for individual elements of two Cu-Ni-Mn alloys at.% k o k ef at.% k o k ef Cu 85 1.001 0.995 10 0.71 0.9242 Ni 10 1.005 1.0541 85 1.05 1.0059 Mn 5 0.73 0.9676 5 0.773 1.0414 500µm 8

Podélná liniová analýza vzorku CuNi10Mn5 včetně regrese 2.5 log c 2 1.5 1 y = 0.005x + 1.9137 y = -0.0541x + 1.1061 Mn Ni Cu 0.5 y = 0.0324x + 0.72 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 log (1-g ) Obr. 9 Liniová analýza vzorku CuNi10Mn5 po směrové krystalizaci, v = 10 mm/h Fig. 9 Continuous analysis specimen CuNi10Mn5 after direction crystallization, v = 10 mm/h 4. DISKUSE V tab. 5 jsou uvedeny hodnoty k o, vypočtené teoreticky a dále hodnoty k ef, které byly experimentálně naměřeny a stanoveny regresní analýzou pomocí Vigdorovičovy metody [4]. Odtud je patrné, že v případě chování prvků ve slitině mědi nebyly zcela splněny předpoklady. Efektivita distribuce prvků při experimentálních podmínkách krystalizace Bridgmanovou metodou v polouzavřené trubici s minimální konvekcí není příliš velká, a proto se rozdělovací koeficienty budou blížit jedné. Analogicky tomu bylo i v případě slitiny bohaté niklem, kde lze předpokládat, že rozdělovací koeficienty mědi i manganu budou Ni Cu Mn jednoznačně menší než jedna. V tabulce 5 je pro Mn hodnota větší než jedna, což k o Mn mohlo být způsobeno odpařováním manganu z horní části taveniny, která byla značně přehřátá (teplota tání Mn je 1246 C). Tomu odpovídá i chování Mn u Ni slitiny. Za daných podmínek krystalizace by bylo možno proto připravit krystaly s poměrně dobrou homogenitou prvků v celém jejich objemu, poněvadž rozdíly v chemickém složení jsou minimální, což je výsledkem reálného tuhnutí materiálů procesem směrové krystalizace. Ve struktuře nebyla zjištěna dendritická ani buněčný struktura, zrna jsou poměrně veliká a jejich růst je orientován ve směru pohybu fronty krystalizace. Za optimálních teplotních podmínek (vysoký teplotní gradient na fázovém rozhraní krystal tavenina) by bylo možno téměř u všech sledovaných slitin připravit monokrystaly, což bude naším cílem další etapy taveb. Jak již bylo zmíněno v úvodu při modelování rovnovážných ploch solidu a likvidu v ternárních systémech se používá regresní analýza polynomem 2. stupně. I když se jedná pouze o regresní analýzu v nejjednodušším tvaru (1), dostáváme v případě modelování ternárních systémů Cu-Ni-Mn a Ni-Cu-Mn velmi uspokojivé výsledky. U těchto téměř ideálních systémů v oblastech bohatých niklem a mědí je modelování poměrně snadné, nicméně i u těchto systémů se vyskytují drobné nuance, které je nutno řešit. Po zvládnutí výpočtů u těchto jednoduchých systémů bude snaha modelovat složitější systémy (například koexistence více fází, omezení platnosti koexistence ploch reakcemi v systému apod.). Výpočetní program je nadále odlaďován a hledají se způsoby, jak zefektivnit a urychlit výpočet, neboť výpočet rozdělovacích koeficientů v matici 30 x 30 bodů trvá cca 5 minut. 9

Srovnáním teoretických výpočtů a experimentálních výsledků dojdeme k závěru, že teoretické výpočty vypočteny programem MATLAB mohou předpovídat experimentální výsledky. 5. ZÁVĚR V tomto příspěvku jsme se zabývali teoretickými i experimentálními aspekty chování prvků při krystalizaci konkrétních slitin ternárních systémů Cu-Ni-Mn a Ni-Cu-Mn. Byl vypracován a odladěn výpočetní program v programovacím jazyku MATLAB, který byl ověřen mj. i na výše uvedených systémech. Program umožňuje vhodné grafické i tabelární výstupy zvolených izotermických a polytermických řezů diagramem, vykreslení konod pro konkrétní chemické složení slitiny včetně změn koncentrace likvidu a solidu v průběhu rovnovážné krystalizace. Jako hlavní výstup lze považovat tabulku a 3D projekci rovnovážných rozdělovacích koeficientů jednotlivých prvků pro teploty a složení odpovídající plochám likvidu a solidu. V případě námi studovaných ternárních systémů Cu-Ni-Mn a Ni-Cu-Mn nebyl podstatný rozdíl v jejich numerických hodnotách. Proto lze aplikovat průměrné hodnoty rovnovážných rozdělovacích koeficientů uvedených v tab. 1 až 3 při prognóze chování prvků za experimentálních podmínek krystalizace reálných slitin jako spolehlivé údaje. U ternárního systému bohatém mědí bylo jednoznačně prokázáno, že hodnota rovnovážného rozdělovacího koeficientu mědi se plynule mění v oblasti s vyššími koncentracemi niklu z Cu Ni Mn Cu Ni Mn hodnoty < 1 na hodnoty > 1 v oblastech bohatých manganem (viz tab. 1). k o Cu k o Cu To vyplývá i z charakteru ploch likvidu a solidu, kdy nikl zvyšuje teplotu tání mědi a mangan naopak teplotu tání mědi snižuje. Poděkování Tato práce vznikla v rámci řešení projektu Grantové agentury ČR, reg. č. 106/06/1190 Studium procesů krystalizace vícekomponentních slitin s cílem stanovení zákonitostí interakce prvků a tvorby struktury a v rámci výzkumného záměru fakulty Metalurgie a materiálového inženýrství VŠB TU Ostrava, projekt Ministerstva školství a mládeže, reg. č. MSM 6198910013 Procesy přípravy a vlastnosti vysoce čistých a strukturně definovaných speciálních materiálů. LITERATURA [1] SCHÜRMAN,E., Prinz,B. Schmelzgleichgewichte nickelreicher und kupferreicher Kupfer-Mangan-Nickel- Legierungen. Zeitschrift fuer Metallkunde, 1974, Vol. 65, p. 593-598 [2] GUPTA,K.P. The Cu-Mn-Ni System. Phase Diagrams of ternary nickel alloys, Indian institute of metals, 1990, p. 167-178 [3] DRÁPALA, J., KSENIČOVÁ, I. a PACHOLEK, P. Příspěvek k stanovení rozdělovacích koeficientů v ternárních systémech - II. část {Contribution to determination of distributing coefficients in ternary systems - II.}. In Metal 2002. 14.-16.5.2002, Hradec nad Moravicí, Tanger, spol. s r.o. Ostrava, Sborník přednášek, s. 66 (abstrakt) a CD ROM (6 s.). ISBN 80-8988-73-9. [4] VIGDOROVIČ, V.N, VOL PJAN, A.J. a KURDJUMOV, G.M. Napravlennaja kristallizacija i fizikkochimičeskij analiz. Izd. Chimija, Moskva, 1976, s. 103-115. 10