ПЕРКОЛЯЦІЙНИЙ ПІДХІД ДО ОПИСУ МІЖДЕНДРИТНОГО ЖИВЛЕННЯ НА ЗАВЕРШАЛЬНІЙ СТАДІЇ ЗАТВЕРДІННЯ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ
DOI:
https://doi.org/10.34185/1991-7848.2026.01.25Ключові слова:
міждендритне живлення, mushy zone, перколяція, зв’язність рідкої фази, затвердіння металів і сплавів, усадкова пористість, газоусадкова пористість, проникність, когерентність дендритів, дефектоутворенняАнотація
У статті розглянуто фізичні передумови міждендритного живлення на завершальній стадії затвердіння металів і сплавів. Показано, що ефективність компенсації усадки в межах mushy zone визначається не лише наявністю залишкової рідкої фази, а й умовами її транспорту, зокрема проникністю міждендритного простору, локальним тиском і збереженням безперервних шляхів підживлення. Проаналізовано механізми формування усадкової та газоусадкової пористості, вплив зростання частки твердої фази на звуження міждендритних каналів, зниження проникності та локалізацію потоків рідкої фази. Обґрунтовано доцільність застосування перколяційного підходу до опису зв’язності рідкої фази на пізніх стадіях затвердіння. Запропоновано інтерпретувати mushy zone як двофазну систему, у якій рідка фаза виконує роль транспортної мережі, а тверда фаза — обмежувального каркаса. Показано, що втрата міждендритного живлення пов’язана не з повним зникненням рідкої фази, а з руйнуванням її глобальної зв’язності та безперервного транспортного шляху. Встановлено, що перколяція рідкої фази може бути використана як критерій втрати живильності та як теоретична основа для подальшого моделювання пористості й дефектоутворення в металевих виливках.
Посилання
Mehrabian, R., Keane, M., & Flemings, M. C. (1970). Interdendritic fluid flow and macrosegregation; influence of gravity. Metallurgical Transactions, 1(5), 1209–1220. https://doi.org/10.1007/BF02900233
Poirier, D. R. (1987). Permeability for flow of interdendritic liquid in columnar-dendritic alloys. Metallurgical Transactions B, 18(1), 245–255. https://doi.org/10.1007/BF02658450
Kuznetsov, A. V., & Vafai, K. (1995). Development and investigation of three-phase model of the mushy zone for analysis of porosity formation in solidifying castings. International Journal of Heat and Mass Transfer, 38(14), 2557–2567. https://doi.org/10.1016/0017-9310(95)00012-X
Nielsen, Ø., Arnberg, L., Mo, A., & Thevik, H. J. (1999). Experimental determination of mushy zone permeability in aluminum-copper alloys with equiaxed microstructures. Metallurgical and Materials Transactions A, 30(9), 2455–2462. https://doi.org/10.1007/s11661-999-0254-y
Brown, S. G. R., Spittle, J. A., Jarvis, D. J., & Walden-Bevan, R. (2002). Numerical determination of liquid flow permeabilities for equiaxed dendritic structures. Acta Materialia, 50(6), 1559–1569. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00014-9
Sigworth, G. K., & Wang, C. (1993). Mechanisms of porosity formation during solidification: A theoretical analysis. Metallurgical Transactions B, 24(2), 349–364. https://doi.org/10.1007/BF02659138
Lee, P. D., & Hunt, J. D. (1997). Measuring the nucleation of hydrogen porosity during the solidification of aluminium-copper alloys. Scripta Materialia, 36(4), 399–404. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(96)00411-3
Lee, P. D., & Hunt, J. D. (1997). Hydrogen porosity in directional solidified aluminium-copper alloys: In situ observation. Acta Materialia, 45(10), 4155–4169. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(97)00081-5
Vernède, S., & Rappaz, M. (2006). Transition of the mushy zone from continuous liquid films to a coherent solid. Philosophical Magazine, 86(24), 3779–3794. https://doi.org/10.1080/14786430500228705
Vernède, S., Jarry, P., & Rappaz, M. (2006). A granular model of equiaxed mushy zones: Formation of a coherent solid and localization of feeding. Acta Materialia, 54(15), 4023–4034. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.04.035
Han, Q., Viswanathan, S., & Duncan, A. J. (2003). Permeability measurements of the flow of interdendritic liquid in equiaxed aluminum-silicon alloys. Metallurgical and Materials Transactions B, 34(1), 25–28. https://doi.org/10.1007/s11663-003-0051-8
Sistaninia, M., Phillion, A. B., Drezet, J.-M., & Rappaz, M. (2012). Three-dimensional granular model of semi-solid metallic alloys undergoing solidification: Fluid flow and localization of feeding. Acta Materialia, 60(9), 3902–3911. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.03.036
Kirkpatrick, S. (1973). Percolation and conduction. Reviews of Modern Physics, 45(4), 574–588. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.45.574
Hunt, A. G. (2001). Applications of percolation theory to porous media with distributed local conductances. Advances in Water Resources, 24(3–4), 279–307. https://doi.org/10.1016/S0309-1708(00)00058-0
King, P., & Masihi, M. (2009). Percolation in porous media. In R. A. Meyers (Ed.), Encyclopedia of complexity and systems science (pp. 6565–6579). Springer. https://doi.org/10.1007/978-0-387-30440-3_389
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Сучасні Проблеми Металургії
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
