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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 12/2020

28.09.2020

Role of Solid–Solid Interfacial Energy Anisotropy in the Formation of Broken Lamellar Structures in Eutectic Systems

verfasst von: Sumeet Khanna, Shanmukha Kiran Aramanda, Abhik Choudhury

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 12/2020

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Abstract

Eutectic solidification gives rise to a wide range of microstructures. A commonly observed morphology is the periodic arrangement of lamellar plates with well-defined orientations of the solid–solid interface in a given eutectic grain. It is typically believed that this form of morphology develops due to the presence of solid–solid interfacial energy anisotropy. In this paper, we provide evidence using phase-field simulations where our focus is on alloys where the minority phase fraction is low. Our aim is to establish the role of solid–solid interfacial energy anisotropy in the stabilization of broken lamellar structures in such systems in contrast to the formation of a rod microstructure. In this regard, we conduct phase-field simulations for different strengths of anisotropy in both constrained and extended settings, using which we clarify the mechanisms by which a lamellar arrangement gets stabilized in the presence of anisotropy in the solid–solid interfacial energy.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat W. Kurz, D.J. Fisher: Fundamentals of Solidification, vol 1. Trans Tech Publications, Aedermannsdorf (1986) W. Kurz, D.J. Fisher: Fundamentals of Solidification, vol 1. Trans Tech Publications, Aedermannsdorf (1986)
2.
Zurück zum Zitat Dantzig J.A., Rappaz M. (2009) Solidification. EPFL Press, Lausanne Dantzig J.A., Rappaz M. (2009) Solidification. EPFL Press, Lausanne
3.
Zurück zum Zitat G.A. Chadwick: Prog. Mater. Sci. 1963, vol. 12, pp. 99–182. G.A. Chadwick: Prog. Mater. Sci. 1963, vol. 12, pp. 99–182.
4.
Zurück zum Zitat J. Hunt, K. Jackson, Trans. Metall. Soc. AIME 236(6), 843–52 (1966) J. Hunt, K. Jackson, Trans. Metall. Soc. AIME 236(6), 843–52 (1966)
5.
Zurück zum Zitat R. Elliott, Eutectic Solidification Processing: Crystalline and Glassy Alloys. Elsevier, Amsterdam (2013) R. Elliott, Eutectic Solidification Processing: Crystalline and Glassy Alloys. Elsevier, Amsterdam (2013)
6.
Zurück zum Zitat M. Croker, R. Fidler, R. Smith, Proc. R. Soc. Lond. A 335, 15–37 (1973) M. Croker, R. Fidler, R. Smith, Proc. R. Soc. Lond. A 335, 15–37 (1973)
7.
Zurück zum Zitat K. Kassner, C. Misbah, Phys. Rev. A 44, 6513 (1991) K. Kassner, C. Misbah, Phys. Rev. A 44, 6513 (1991)
8.
Zurück zum Zitat U. Hecht, L. Gránásy, T. Pusztai, B. Böttger, M. Apel, V. Witusiewicz, L. Ratke, J. De Wilde, L. Froyen, D. Camel, et al.: Mater. Sci. Eng. R 2004, vol. 46, pp. 1–49. U. Hecht, L. Gránásy, T. Pusztai, B. Böttger, M. Apel, V. Witusiewicz, L. Ratke, J. De Wilde, L. Froyen, D. Camel, et al.: Mater. Sci. Eng. R 2004, vol. 46, pp. 1–49.
9.
Zurück zum Zitat A. Karma, M. Plapp: JOM 2004, vol. 56, pp. 28–32. A. Karma, M. Plapp: JOM 2004, vol. 56, pp. 28–32.
10.
Zurück zum Zitat H. Walker, S. Liu, J. Lee, R. Trivedi: Metall. Mater. Trans. A 2007, vol. 38, pp. 1417–25. H. Walker, S. Liu, J. Lee, R. Trivedi: Metall. Mater. Trans. A 2007, vol. 38, pp. 1417–25.
11.
Zurück zum Zitat A. Parisi, M. Plapp: Acta Mater. 2008, vol. 56, pp. 1348–57. A. Parisi, M. Plapp: Acta Mater. 2008, vol. 56, pp. 1348–57.
12.
Zurück zum Zitat M. Perrut, S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, G. Faivre: Phys. Rev. E 2009, vol. 79, pp. 032602. M. Perrut, S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, G. Faivre: Phys. Rev. E 2009, vol. 79, pp. 032602.
13.
Zurück zum Zitat M. Asta, C. Beckermann, A. Karma, W. Kurz, R. Napolitano, M. Plapp, G. Purdy, M. Rappaz, R. Trivedi: Acta Mater. 2009, vol. 57, pp. 941–71. M. Asta, C. Beckermann, A. Karma, W. Kurz, R. Napolitano, M. Plapp, G. Purdy, M. Rappaz, R. Trivedi: Acta Mater. 2009, vol. 57, pp. 941–71.
14.
Zurück zum Zitat S. Akamatsu, M. Plapp: Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2016, vol. 20, pp. 46–54. S. Akamatsu, M. Plapp: Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2016, vol. 20, pp. 46–54.
15.
Zurück zum Zitat R. Contieri, C. Rios, M. Zanotello, R. Caram: Mater. Charact. 2008, vol. 59, pp. 693–99. R. Contieri, C. Rios, M. Zanotello, R. Caram: Mater. Charact. 2008, vol. 59, pp. 693–99.
16.
Zurück zum Zitat A. Dennstedt, L. Ratke: Trans. Indian Inst. Met. 2012, vol. 65, pp. 777–82. A. Dennstedt, L. Ratke: Trans. Indian Inst. Met. 2012, vol. 65, pp. 777–82.
17.
Zurück zum Zitat A. Choudhury: Trans. Indian Inst. Met. 2015, vol. 68, pp. 1137–43. A. Choudhury: Trans. Indian Inst. Met. 2015, vol. 68, pp. 1137–43.
18.
Zurück zum Zitat J. Hötzer, M. Jainta, P. Steinmetz, B. Nestler, A. Dennstedt, A. Genau, M. Bauer, H. Köstler, U. Rüde: Acta Mater. 2015, vol. 93, pp. 194–204. J. Hötzer, M. Jainta, P. Steinmetz, B. Nestler, A. Dennstedt, A. Genau, M. Bauer, H. Köstler, U. Rüde: Acta Mater. 2015, vol. 93, pp. 194–204.
19.
Zurück zum Zitat J. Hötzer, P. Steinmetz, M. Jainta, S. Schulz, M. Kellner, B. Nestler, A. Genau, A. Dennstedt, M. Bauer, H. Köstler, et al.: Acta Mater. 2016, vol. 106, pp. 249–59. J. Hötzer, P. Steinmetz, M. Jainta, S. Schulz, M. Kellner, B. Nestler, A. Genau, A. Dennstedt, M. Bauer, H. Köstler, et al.: Acta Mater. 2016, vol. 106, pp. 249–59.
20.
Zurück zum Zitat P. Steinmetz, J. Hötzer, M. Kellner, A. Dennstedt, B. Nestler: Comput. Mater. Sci. 2016, vol. 117, pp. 205–14. P. Steinmetz, J. Hötzer, M. Kellner, A. Dennstedt, B. Nestler: Comput. Mater. Sci. 2016, vol. 117, pp. 205–14.
21.
Zurück zum Zitat K. A. Jackson, J. D. Hunt: Trans. Metall. Soc. AIME 1966, vol. 236, pp. 1129–42. K. A. Jackson, J. D. Hunt: Trans. Metall. Soc. AIME 1966, vol. 236, pp. 1129–42.
22.
Zurück zum Zitat M. Taylor, R. Fidler, R. Smith: J. Cryst. Growth 1968, vol. 3, pp. 666–73. M. Taylor, R. Fidler, R. Smith: J. Cryst. Growth 1968, vol. 3, pp. 666–73.
23.
Zurück zum Zitat T. Digges, R. Tauber: Metall. Trans. 1971, vol. 2, pp. 1683–89. T. Digges, R. Tauber: Metall. Trans. 1971, vol. 2, pp. 1683–89.
24.
Zurück zum Zitat H. Kerr, M. Lewis: J. Cryst. Growth 1972, vol. 15, pp. 117–25. H. Kerr, M. Lewis: J. Cryst. Growth 1972, vol. 15, pp. 117–25.
25.
Zurück zum Zitat T. Digges Jr, R. Tauber: J. Cryst. Growth 1971, vol. 8, pp. 132–34. T. Digges Jr, R. Tauber: J. Cryst. Growth 1971, vol. 8, pp. 132–34.
26.
Zurück zum Zitat M. Savas, L. Clapham, R. Smith: J. Mater. Sci. 1990, vol. 25, pp. 909–13. M. Savas, L. Clapham, R. Smith: J. Mater. Sci. 1990, vol. 25, pp. 909–13.
27.
Zurück zum Zitat H. Kerr, W. Winegard: Can. Metall. Q. 1967, vol. 6, pp. 67–70. H. Kerr, W. Winegard: Can. Metall. Q. 1967, vol. 6, pp. 67–70.
28.
Zurück zum Zitat M. Taylor, R. Fidler, R. Smith: Metall. Trans. 1971, vol. 2, pp. 1793–98. M. Taylor, R. Fidler, R. Smith: Metall. Trans. 1971, vol. 2, pp. 1793–98.
29.
Zurück zum Zitat M. Şahin, E. Çadirli: J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2012, vol. 23, pp. 484–92. M. Şahin, E. Çadirli: J. Mater. Sci. Mater. Electron. 2012, vol. 23, pp. 484–92.
30.
Zurück zum Zitat J. Bromley, F. Vnuk, R. Smith: J. Mater. Sci. 1983, vol. 18, pp. 3143–53. J. Bromley, F. Vnuk, R. Smith: J. Mater. Sci. 1983, vol. 18, pp. 3143–53.
31.
Zurück zum Zitat G. Piatti, G. Pellegrini: Journal of Materials Science 1976, vol. 11 (5), pp. 913–924. G. Piatti, G. Pellegrini: Journal of Materials Science 1976, vol. 11 (5), pp. 913–924.
32.
Zurück zum Zitat G. Beghi, G. Piatti, K. Street: J. Mater. Sci. 1971, vol. 6, pp. 118–25. G. Beghi, G. Piatti, K. Street: J. Mater. Sci. 1971, vol. 6, pp. 118–25.
33.
Zurück zum Zitat M. Notis, D. Shah, S. Young, C. Graham: IEEE Trans. Magn. 1979, vol. 15, pp. 957–66. M. Notis, D. Shah, S. Young, C. Graham: IEEE Trans. Magn. 1979, vol. 15, pp. 957–66.
34.
Zurück zum Zitat M. Sahoo, G. Delamore, R. Smith: J. Mater. Sci. 1980, vol. 15, pp. 1097–1103. M. Sahoo, G. Delamore, R. Smith: J. Mater. Sci. 1980, vol. 15, pp. 1097–1103.
35.
Zurück zum Zitat G. Nishimura, R. Fidler, M. Taylor, R. Smith: Can. Metall. Q. 1969, vol. 8, pp. 319–22. G. Nishimura, R. Fidler, M. Taylor, R. Smith: Can. Metall. Q. 1969, vol. 8, pp. 319–22.
36.
Zurück zum Zitat P. Taylor, H. Kerr, W. Winegard: Can. Metall. Q. 1964, vol. 3, pp. 235–37. P. Taylor, H. Kerr, W. Winegard: Can. Metall. Q. 1964, vol. 3, pp. 235–37.
37.
Zurück zum Zitat D. Jaffrey, G. Chadwick: Metall. Trans. 1970, vol. 1, pp. 3389–96. D. Jaffrey, G. Chadwick: Metall. Trans. 1970, vol. 1, pp. 3389–96.
38.
Zurück zum Zitat F. Vnuk, M. Sahoo, D. Baragar, R. Smith: J. Mater. Sci. 1980, vol. 15, pp. 2573–83. F. Vnuk, M. Sahoo, D. Baragar, R. Smith: J. Mater. Sci. 1980, vol. 15, pp. 2573–83.
39.
Zurück zum Zitat H. Kaya, M. Gündüz, E. Çadirli, O. Uzun: J. Mater. Sci. 2004, vol. 39, pp. 6571–76. H. Kaya, M. Gündüz, E. Çadirli, O. Uzun: J. Mater. Sci. 2004, vol. 39, pp. 6571–76.
40.
Zurück zum Zitat H. Kaya, E. Çadırlı, M. Gündüz: J. Mater. Eng. Perform. 2003, vol. 12, pp. 456–69. H. Kaya, E. Çadırlı, M. Gündüz: J. Mater. Eng. Perform. 2003, vol. 12, pp. 456–69.
41.
Zurück zum Zitat Y. Goto, M. Kurosaki, H. Esaka: J. Jpn Inst. Met. 2011, vol. 75, pp. 392–97. Y. Goto, M. Kurosaki, H. Esaka: J. Jpn Inst. Met. 2011, vol. 75, pp. 392–97.
42.
Zurück zum Zitat M. Şahin, F. Karakurt: Physica B 2018, vol. 545, pp. 48–54. M. Şahin, F. Karakurt: Physica B 2018, vol. 545, pp. 48–54.
43.
Zurück zum Zitat K. Sharma, R. Rai: Thermochim. Acta 2012, vol. 535, pp. 66–70. K. Sharma, R. Rai: Thermochim. Acta 2012, vol. 535, pp. 66–70.
44.
Zurück zum Zitat B. Caroli, C. Caroli, G. Faivre, J. Mergy: J. Cryst. Growth, vol. 118, pp. 135–50 (1992) B. Caroli, C. Caroli, G. Faivre, J. Mergy: J. Cryst. Growth, vol. 118, pp. 135–50 (1992)
45.
Zurück zum Zitat A. Valance, C. Misbah, D. Temkin, K. Kassner: Phys. Rev. E, vol. 48, pp. 1924 (1993) A. Valance, C. Misbah, D. Temkin, K. Kassner: Phys. Rev. E, vol. 48, pp. 1924 (1993)
46.
Zurück zum Zitat S. Bottin-Rousseau, M. Şerefolu, S. Akamatsu, G. Faivre: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 27, 012088 (2012) S. Bottin-Rousseau, M. Şerefolu, S. Akamatsu, G. Faivre: IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 27, 012088 (2012)
47.
Zurück zum Zitat S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, M. Şerefoğlu, G. Faivre: Acta Mater. 2012, vol. 60, pp. 3199–3205. S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, M. Şerefoğlu, G. Faivre: Acta Mater. 2012, vol. 60, pp. 3199–3205.
48.
Zurück zum Zitat S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, M. Şerefoğlu, G. Faivre: Acta Mater. 2012, vol. 60, pp. 3206–14. S. Akamatsu, S. Bottin-Rousseau, M. Şerefoğlu, G. Faivre: Acta Mater. 2012, vol. 60, pp. 3206–14.
49.
Zurück zum Zitat S. Ghosh, A. Choudhury, M. Plapp, S. Bottin-Rousseau, G. Faivre, S. Akamatsu: Phys. Rev. E, 91, 022407 (2015). S. Ghosh, A. Choudhury, M. Plapp, S. Bottin-Rousseau, G. Faivre, S. Akamatsu: Phys. Rev. E, 91, 022407 (2015).
50.
Zurück zum Zitat S. Ghosh, M. Plapp: Acta Mater. 2017, vol. 140, pp. 140–48. S. Ghosh, M. Plapp: Acta Mater. 2017, vol. 140, pp. 140–48.
51.
Zurück zum Zitat L. Rátkai, G. I. Tóth, L. Környei, T. Pusztai, L. Gránásy: J. Mater. Sci. 2017, vol. 52, pp. 5544–5558. L. Rátkai, G. I. Tóth, L. Környei, T. Pusztai, L. Gránásy: J. Mater. Sci. 2017, vol. 52, pp. 5544–5558.
52.
Zurück zum Zitat A. Choudhury, B. Nestler: Phys. Rev. E, 85, 021602 (2012). A. Choudhury, B. Nestler: Phys. Rev. E, 85, 021602 (2012).
53.
Zurück zum Zitat M. Plapp: Phys. Rev. E, 84, 031601 (2011). M. Plapp: Phys. Rev. E, 84, 031601 (2011).
54.
Zurück zum Zitat R. Kobayashi: Physica D 1993, vol. 63, pp. 410–23. R. Kobayashi: Physica D 1993, vol. 63, pp. 410–23.
55.
Zurück zum Zitat J. J. Eggleston, G. B. McFadden, P. W. Voorhees: Physica D 2001, vol. 150, pp. 91–103. J. J. Eggleston, G. B. McFadden, P. W. Voorhees: Physica D 2001, vol. 150, pp. 91–103.
56.
Zurück zum Zitat P. Mathis: J. Indian Inst. Sci. 2016, vol. 96, pp. 179–98. P. Mathis: J. Indian Inst. Sci. 2016, vol. 96, pp. 179–98.
57.
Zurück zum Zitat I. Ansara, A. Dinsdale, M. Rand (1998) Cost 507: Thermochemical Database for Light Metal Alloys. Vol. 2, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. I. Ansara, A. Dinsdale, M. Rand (1998) Cost 507: Thermochemical Database for Light Metal Alloys. Vol. 2, Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg.
58.
Zurück zum Zitat A. Choudhury, M. Kellner, B. Nestler: Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2015, vol. 19, pp. 287–300. A. Choudhury, M. Kellner, B. Nestler: Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2015, vol. 19, pp. 287–300.
59.
Zurück zum Zitat J.-O. Andersson, T. Helander, L. Höglund, P. Shi, B. Sundman: CALPHAD 2002, vol. 26, pp. 273–312. J.-O. Andersson, T. Helander, L. Höglund, P. Shi, B. Sundman: CALPHAD 2002, vol. 26, pp. 273–312.
60.
Zurück zum Zitat J. Pstruś: J. Min. Metall. B 2017, vol. 53, pp. 309–18. J. Pstruś: J. Min. Metall. B 2017, vol. 53, pp. 309–18.
62.
Zurück zum Zitat J. Ahrens, B. Geveci, C. Law: The Visualization Handbook, vol. 717. Academic, New York (2005) J. Ahrens, B. Geveci, C. Law: The Visualization Handbook, vol. 717. Academic, New York (2005)
63.
Zurück zum Zitat Ayachit, U., The Paraview Guide: A Parallel Visualization Application. Kitware, Inc., New York (2015) Ayachit, U., The Paraview Guide: A Parallel Visualization Application. Kitware, Inc., New York (2015)
64.
Zurück zum Zitat J. D. Hunter, Comput. Sci. Eng., 9, 90 (2007). J. D. Hunter, Comput. Sci. Eng., 9, 90 (2007).
65.
Zurück zum Zitat S. Van der Walt, J. L. Schönberger, J. Nunez-Iglesias, F. Boulogne, J. D. Warner, N. Yager, E. Gouillart, T. Yu: PeerJ 2014, vol. 2, pp. e453. S. Van der Walt, J. L. Schönberger, J. Nunez-Iglesias, F. Boulogne, J. D. Warner, N. Yager, E. Gouillart, T. Yu: PeerJ 2014, vol. 2, pp. e453.
66.
Zurück zum Zitat D. Wheeler, D. Brough, T. Fast, S. Kalidindi, and A. Reid: PyMKS: materials knowledge system in Python, 2014 D. Wheeler, D. Brough, T. Fast, S. Kalidindi, and A. Reid: PyMKS: materials knowledge system in Python, 2014
67.
Zurück zum Zitat D. B. Brough, D. Wheeler, S. R. Kalidindi: Integr. Mater. Manuf. Innov. 2017, vol. 6, pp. 36–53. D. B. Brough, D. Wheeler, S. R. Kalidindi: Integr. Mater. Manuf. Innov. 2017, vol. 6, pp. 36–53.
68.
Zurück zum Zitat A. Parisi, M. Plapp: Europhys. Lett., 90, 26010 (2010). A. Parisi, M. Plapp: Europhys. Lett., 90, 26010 (2010).
69.
Zurück zum Zitat A. Vondrous, M. Selzer, J. Hötzer, B. Nestler, Int. J. High Perform. Comput. Appl. 28, 61–72 (2014) A. Vondrous, M. Selzer, J. Hötzer, B. Nestler, Int. J. High Perform. Comput. Appl. 28, 61–72 (2014)
70.
Zurück zum Zitat B. Saatçi, N. Maraşlı, M. Gündüz: Thermochim. Acta 2007, vol. 454, pp. 128–134. B. Saatçi, N. Maraşlı, M. Gündüz: Thermochim. Acta 2007, vol. 454, pp. 128–134.
71.
Zurück zum Zitat J. Hoshen, R. Kopelman: Phys. Rev. B, 14, 3438 (1976). J. Hoshen, R. Kopelman: Phys. Rev. B, 14, 3438 (1976).
Metadaten
Titel
Role of Solid–Solid Interfacial Energy Anisotropy in the Formation of Broken Lamellar Structures in Eutectic Systems
verfasst von
Sumeet Khanna
Shanmukha Kiran Aramanda
Abhik Choudhury
Publikationsdatum
28.09.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 12/2020
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-020-05995-8

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