Modelling of the crystallization front – particles interactions in ZnAl/(SiC)p composites

Modelización de las interacciones entre el frente de cristalización y las partículas en materiales compuestos de ZnAl/(SiC)p

El trabajo presentado se centra en las interacciones de las partículas sólidas con el frente de cristalización en movimiento durante la solidificación del compuesto de matriz metálica. Los análisis actuales se realizaron para partículas de carburo de silicio y aleación ZnAl con diferentes adiciones de aluminio. Se descubrió que la composición química de la matriz metálica influye en el comportamiento de las partículas de carburo de silicio. Al mismo tiempo, se realizaron cálculos de las fuerzas que actúan sobre una sola partícula cerca del frente de cristalización. Para cada tipo de aleación se especificaron las condiciones críticas que determinan si la partícula será absorbida o empujada.

INTRODUCCIÓN

Los compuestos de matriz metálica (MMC) reforzados por partículas no metálicas pueden ser una alternativa para las aleaciones de metales ligeros ampliamente utilizadas. La adición de partículas cerámicas refuerza la aleación. Como resultado se obtienen mejores valores de los parámetros de resistencia, dureza y resistencia a la abrasión [1-5].Los Composites de Matriz Metálica son ampliamente utilizados especialmente en la industria del automóvil para elementos de combustión y sistemas que trabajan bajo altas tensiones térmicas y mecánicas [6].

Uno de los factores más importantes que determinan las propiedades de los MMC es la estructura homogénea de la matriz metálica y la distribución uniforme de las partículas de refuerzo. El presente análisis se ha realizado sobre el ejemplo del composite ex-situ ZnAl/SiC_p.

El número, las dimensiones y las formas de las partículas de carburo de silicio, así como los efectos fisicoquímicos que acompañan al proceso de fundición, son determinantes. Durante la solidificación se producen varios procesos relacionados con la interacción de las partículas no metálicas con el frente de cristalización en movimiento. Además, van acompañados de los efectos de flotación y aglomeración de las partículas de carburo de silicio [7-10]. La formación de aglomerados provoca la heterogeneidad del material y, en consecuencia, la disminución de las propiedades mecánicas del material compuesto [11-14]. Las investigaciones sobre el proceso de distribución de partículas no metálicas se han tratado en varios artículos [10,14-17].

El presente trabajo trata de la interacción de las partículas de SiC con el frente de cristalización durante la colada de dos tipos de materiales compuestos: ZnAl8/(SiC)_p y ZnAl27/(SiC)_p que difieren en el contenido de aluminio en su matriz metálica. La interacción de la partícula individual de SiC con el frente de cristalización que se aproxima se analizó suponiendo un tamaño variable de la partícula que se mueve en la matriz metálica líquida.