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Phase-field investigation on the microstructural evolution of eutectic transformation and four-phase reaction in Mo-Si-Ti system

Cai, Yuhan 1,2; Wang, Fei ORCID iD icon 1,3; Czerny, Andreas 2,4; Seifert, Hans Jürgen 2,4; Nestler, Britta 1,2,3
1 Institut für Angewandte Materialien – Mikrostruktur-Modellierung und Simulation (IAM-MMS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Graduiertenkolleg 2561: Materials Compounds from Composite Materials (GRK 2561), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

By using phase-field method, we investigate the morphological evolution of three-phase eutectic transition and four-phase reaction in Mo-Si-Ti system through 2-D and 3-D simulations. For the eutectic transition, we focus on the two-phase growth of lamellar pair from an isothermally undercooled melt: $L → Ti(Mo)_5Si_3 +𝛽(Mo,Si,Ti)$, and obtain a microstructure selection map for (m$_𝑖$) stable, (m$_{𝑖𝑖}$) unstable, and (m$_{𝑖𝑖𝑖}$) oscillatory growth (metastable mode), in terms of the Mo-composition and lamellar spacings. The underlying reason for these three different morphologies is clarified by analyzing the growth rate of the solidification front. In addition, we scrutinize the influence of interfacial energy on the solidification morphology and observe three different types of growth mode: (g$_𝑖$) curving, (g$_{𝑖𝑖}$) stable, and (g$_{𝑖𝑖𝑖}$) unstable growth. For the four-phase reaction, $L + Mo(Ti)_3Si → Ti(Mo)_5Si_3 + 𝛽(Mo,Si,Ti)$, we observe the remelting of $Mo(Ti)_3Si$ phase and the formation of a lamellar pair consisting of $Ti(Mo)_5Si_3 and 𝛽(Mo,Si,Ti)$ on the surface of the $Mo(Ti)_3Si$ phase after an interface of the lamellae pair phases is formed. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000162004
Veröffentlicht am 06.09.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1016/j.actamat.2023.119178
Scopus
Zitationen: 1
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)
Graduiertenkolleg 2561: Materials Compounds from Composite Materials (GRK 2561)
Institut für Nanotechnologie (INT)
Institut für Angewandte Materialien – Mikrostruktur-Modellierung und Simulation (IAM-MMS)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 10.2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 1359-6454, 1873-2453
KITopen-ID: 1000162004
HGF-Programm 43.31.02 (POF IV, LK 01) Devices and Applications
Erschienen in Acta Materialia
Verlag Elsevier
Band 258
Seiten Art.-Nr.: 119178
Vorab online veröffentlicht am 27.07.2023
Schlagwörter Mo-Si-Ti system, Phase-field model, Eutectic transformation, Four-phase reaction
Nachgewiesen in Web of Science
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