Microstructure and mechanical properties of unidirectionaly solidified Zn-Bi monotectic alloy

Abstract

ÖZET Bu çalışmada yüksek saflıktaki çinko ve bizmuttan ağırlık olarak %1.9 bizmut fazı içeren Zn-Bi monotektik alaşımları ergitilerek hazırlanmıştır. Çubuk şeklindeki numuneler Bridgman tipi bir kristal büyütme cihazında 2.6 - 15 cm. s-1 büyütme hızı aralığında ve 48 - 140 °C.cm-1 sıcaklık gradyanı aralığında kontrollü olarak katılaştırılmışlardır. İçyapı ve mekanik özelliklerin karşılaştırılmasında yararlı olacağı düşüncesi ile sıcak ve soğuk grafit kalıplara da dökümler yapılmıştır. Numunelerin katılaştırma hızları düştükçe mekanik özelliklerinin farkedilir bir şekilde iyileştiği görülmüştür. Düşük katılaştırma hızları ise numunelerde bir ya da birkaç çinko kristali içinde katılaştırma yönünde düzenli aralıklarla dizilmiş bizmut taneciklerinden oluşan kompozit içyapı oluşumuyla sonuçlanmıştır. Bununla beraber, döküm numunelerde bizmut fazının homojen olmayan bir dağılım gösterdiği kaba ve çok kristalli bir iç yapı izlenmiştir. Büyütülmüş numunelerde bizmut fazı tanecikleri arasındaki uzaklıkların hemen hemen sabit olup, esas olarak ötektik alaşımlarda gözlenen X.2R=sabit ve X4GL`4R=sabit teorik bağıntılarıyla uyumlu olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca, büyütülmüş numunelerde, bizmut fazının iki farklı morfolojide diğer bir deyişle küçük küresel kahverengi ve daha büyük siyah tanecikler halinde katılaştığı izlenmiştir. İç yapı incelemesinden bunlardan ilkinin katılaşmış L2 fazı ikincisinin de çözünmemiş bizmut bileşeni olduğu anlaşılmıştır.

IV ABSTRACT Zn-1.9 wt. per cent Bi monotectic alloy was unidirectionally solidified between growth velocities 2.6-15 cmh-1 and temperature gradients 48-140°C. The same alloy was also cast into hot and cold graphite molds for comparison with the grown samples. It was found that mechanical properties were remarkably improved with decreasing growth rate as compared to the cast samples. Low growth rates produced composite microstructures containing regularly spaced droplets of the bismuth phase usually aligned with the growth direction in a single or a few grains zinc matrix. However, cast samples exhibited a coarse, polycrystalline microstructure with inhomogeneous distribution of the bismuth phase. The interphase spacing of the bismuth phase were constant in a particular sample and obeyed the theoretical relationships A.2R=constant and X4GL-4R=constant originally proposed for the eutectic alloys. It was also found that in the grown samples that the bismuth phase solidified in two different morphologies namely, small brown spherical particles of the monotectic and larger, black primary particles with irregular shapes. The former was solidified from L, and the latter was formed from the undissolved bismuth component in the alloy.