Heterogeneous nucleation and grain refinement in cast Mg(AZ91)/SiC metal matrix composites

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Abstract
Thermal analysis and microstructural investigation have been carried out to study the heterogeneous nucleation, crystal growth and grain refinement in the solidification of magnesium alloy AZ91 and AZ91/SiCP composites with two different volume fractions of the reinforcement. The results show the evidence of heterogeneous nucleation of primary magnesium on SiC particles in the two composite samples, which is attributed to the small (4%) lattice disregistry between SiC and magnesium with an orientation relationship of (111)Sic//(0001)Mg. Analysis of nucleation/growth competition during the initial stage of grain growth suggests that the particle/solidification front interaction during the solidification of composites results in a reduced growth rate for the primary phase, which is especially significant when the volume fraction of reinforcement is high. Grain refinement in AZ91/SiCP composites is the result of two separate and competing processes: nucleation and growth. In the composite with 10 vol.% SiC, the significant grain refinement (67%) is the combined result of heterogeneous nucleation and restricted grain growth. In the other composite with 0.5 vol.% SiC, the moderate grain refinement (37%) is mainly attributed to a heterogeneous nucleation mechanism. L'analyse thermique et l'investigation microstructurale ont été menées pour étudier la nucléation hétérogène, la croissance du cristal et raffinement de grain lors de la solidification de l'alliage au magnésium AZ91 et de composites d'AZ91/SiCP ayant deux fractions différentes en volume de renforcement. Les résultats mettent en évidence la nucléation hétérogène du magnésium primaire sur les particules de SiC dans les deux échantillons composites, ce qui est attribué au petit désalignement du réseau (4%) entre le SiC et le magnésium, avec une relation d'orientation de (111)sic//(0001)Mg. L'analyse de la compétition nucléation/croissance lors de l'étape initiale de croissance de grain suggère que l'interaction particule/front de solidification lors de la solidification de composites résulte en un taux de croissance réduit de la phase primaire, ce qui est spécialement significatif quand la fraction en volume de renforcement est élevée. L'affinement de grain des composites AZ91/SiCP est le résultat de deux procédés séparés et compétitifs: nucléation et croissance. Pour le composite ayant 10% en volume de SiC, raffinement significatif (67%) du grain est le résultat combiné de la nucléation hétérogène et de la croissance restrainte du grain. Pour l'autre composite de 0.5% en volume de SiC, raffinement modéré (37%) du grain est attribué principalement au méchanisme de nucleation hétérogène.

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