Additive manufacturing (AM), also known as 3D-printing, has made it possible to produce components made of bulk metallic glass (BMG) which have remarkable properties compared to parts made of conventional alloys. A metallic glass is a metastable noncrystalline alloy that form if a melt is quenched with a sufficient cooling rate. Research on systems with low critical cooling rates have made the maximum dimensions of these alloys to grow to what is called BMG's. The high local cooling rate obtained during AM makes it in principle possible to bypass the dimension restrictions that otherwise have been present when creating these alloys but the procedure is complex. It is believed that oxygen impurities in the powder feedstock material used during AM of Zr-based alloys makes it favourable for nucleation of stable crystalline phases at lower activation energies which hinders fully glass features to develop. The purpose of this thesis is to investigate how the limiting solute concentration in the bulk of the AM produced alloy AMZ4 (Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5(at\%)) impact the nucleation. Using a numerical model based on classical nucleation theory (CNT) that couples the interfacial and long range fluxes makes it possible to study how impurities impact the nucleation event. However, missing oxygen dependent data makes this a study on how limiting solute impact the nucleation in AMZ4. The numerical model is validated against earlier work and the results obtained from the simulations on AMZ4 shows a strong connection between the nucleation event and the limiting solute concentration. Further investigations on phase separation energies and the production of concentration dependent time-temperature-transformation (TTT) diagrams are needed to fully describe the connection to oxygen concentration. Nevertheless, the implemented model captures important features that the classical model cannot describe which needs to be taken into account when describing the nucleation in AMZ4. / Friformsframställning (eng. additive manufacturing (AM)), också känt som 3D-printing, har gjort det möjligt att producera komponenter gjorda av bulkmetallglas (eng. bulk metallic glass (BMG)) vilka har anmärkningsvärda egenskaper jämfört med delar gjord av konventionella legeringar. Ett metalliskt glas är en metastabil icke kristallin legering som skapas om en smälta släcks med en tillräcklig kylhastighet. Forsking på system med låga kritiska kylhastigheter har gjort att de maximala dimensionerna av dessa legeringar har ökat till vad som kallas BMG's. Den höga lokala kylhastigheten som erhålls under AM gör att dimensionsrestriktionerna principiellt kan kringgås vilka annars är närvarande vid skapandet dessa legeringar men proceduren är komplex. Det är trott att orenheter av syre i pulver-råvarumaterialet som används vid AM av Zr-baserade legeringar gör det fördelaktigt för kärnbildning av stabila kristallina faser vid lägre aktiveringsenergier vilket hindrar fulla glas egenskaper från att utvecklas. Syftet med denna uppsats är att undersöka hur den begränsande lösningen påverkar kärnbildningsförloppet i den AM producerade legeringen AMZ4 (Zr59.3Cu28.8Al10.4Nb1.5(at\%)). En numerisk modell baserad på klassisk kärnbildningsteori (eng. classical nucleation theory (CNT)) som kopplar gränsskikt- och långdistans-flödet gör det möjligt att studera hur orenheter påverkar kärnbildningsförloppet. Syreberoende data gör dock detta till en studie om hur den begränsande lösningen påverkar kärnbildningen i AMZ4. Den numeriska modellen valideras mot tidigare arbeten och resultaten från simuleringarna av AMZ4 visar ett starkt samband mellan kärnbildningsförloppet och den begränsade lösningskoncentrationen. Vidare studier rörande fas-separeringsenergier och framställningen av koncentrationsberoende tid-temperature-transformation (eng. time-temperature-transformation (TTT)) diagram behövs för att till fullo beskriva kopplingen till syrekoncentrationen. Den implementerade modellen fångar dock viktiga egenskaper som den klassiska modellen inte kan beskriva vilka måste tas hänsyn till när kärnbildning i AMZ4 ska beskrivas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:mau-42310 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Tidefelt, Mattias |
| Publisher | Malmö universitet, Malmö högskola, Institutionen för materialvetenskap och tillämpad matematik (MTM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0029 seconds