The influence of substrate materials on the degree of basal porosity during spray casting process has been investigated. Different conditions of droplet spreading on the substrate were induced by varying the substrate material. Flat sections of cast iron and aluminum have been spray deposited via spray casting process onto an aluminum substrate, a low carbon steel substrate, and an alumina based refractory substrate. Results for cast iron and aluminum sprayed onto the aluminum substrate showed significant improvements in the surface condition and degree of basal porosity with evidence of substrate deformation that round pits ranging from $5{\mu}m$ to $20{\mu}m$ in diameter are distributed on the surface of aluminum substrate. The lowest level of porosity was developed in alumina based refractory material. Several mechanisms for porosity formation were discussed with droplet impact pressure and droplet spreading. Adopting a spray cutting mechanism for removing the periphery of spray cone, porosity level was remarkably decreased.
Usually, the die-cast components used in small mobile devices require finishing processes, such as computer numerically controlled coating. In such cases, porosity is the most important defect. The shape of the molten aluminum that passes through the runner and gate in a mold is the one of the factors that influences gas porosity. To define the spurt index, which numerically indicates the shape of molten aluminum after the gate, Reynolds number and Ohnesorge number are used. Before die fabrication, computer-aided engineering analysis is performed to optimize the filling pattern. Finally, X-ray and surface inspection are performed after casting and machining to evaluate how the spurt index affects porosity and other product parameters. Based on the results obtained herein, a new gating system design process is suggested.
The lost foam casting process was used to fabricate Al-Si-Mg cast specimens, and the effects of the chemical composition and process variables on the tensile properties and the mold filling ability were investigated. Some porosity formation was observed in thick sections of the casting and better tensile properties were obtained for thin sections, presumably because of their lower porosity and the higher cooling rate. Tensile properties were not clearly enhanced by grain refining treatment with Ti; however, the elongation was significantly improved by Sr modification of the Al-Si-Mg alloy. The mold filling distance was generally proportional to the pouring temperature of the melt, and the distance was also increased by the addition of Ti.
In order to determine the feeding distance of aluminiun alloys (Alsi7Mg and AlCu4Ti) bar castings in the sand mold, the distance of the sound castings has been observed by radiograph for various risers, melt treatment, and casting design. Variation of porosity and hardness with the distance from the riser were also measured in order to determine the casting soundness. The results obained were as follows; 1) The modulus of riser should be 1.4 times of the casting`s 2) The maximum distance which can be made sound is greatly dependent on chemical composition and ingate location, and follows the rules given by the formula; a) When the melt flows into the casting first, and the riser afterward, D = 37.7 ${\sqrt{T}}$ for AlSi7Mg D = 31.2 ${\sqrt{T}}$ for pure aluminium D ${\ge}$ 54.8 ${\sqrt{T}}$ for AlCu4Ti Where T = casting thickness in mm Of this maximum distance, $aa{\sqrt{T}}$ for AlSi7Mg and 7.5 ${\sqrt{T}}$ for pure aluminium is made sound by the chilling effect of the casting edge. b) When the melt flows into the casting passing through the riser, $30{\times}30{\times}600mm$ bars can be made sound in all cases 3) Percentage of porosity is higer in AlCu4Ti than AlSi7Mg. And it is increased gradually by moving closer to the riser in case of $30{\times}30{\times}600mm$ bars, but for the $30{\times}30{\times}600mm$ bars it is increased gradually by moving closer to the center of bars. 4) Hardness variation is similar to the tendency of porosity. And it decreased gradually with approaching to the center in case of $30{\times}30{\times}600mm$ bars.
The pore formation characteristic of Mg alloy during Lost Foam Casting(LFC) was investigated with reduced pressure test and real casting, which was compared with the results of previous work for Al alloy. Cast Mg alloys in LFC had much lower porosities in comparison with those of Al alloys. Also, the proper pouring temperature gave the minimum porosity like Al alloy although it was higher than that of Al alloys due to the worse fluidity of Mg alloy. The pore formation mechanism of Mg alloy in LFC was similar to that of AI alloy but the critical temperature showing the different mechanism is higher than that of Al alloy as much as $30{\sim}50^{\circ}C$. The result that Mg alloy in LFC had the lower porosity comparing with Al alloy was due to the extra solubility of hydrogen gas although the solubility of Al alloy was easily exceeded by the external sources like pyrolyzed polystyrene products. The mold evacuation gave the lower porosity due to the removal of polystyrene pyrolysis products, and reduced shrinkage defects. Also, there was a proper evacuation pressure that gave a porosity of almost 0vol%. But much higher vacuum degree than this proper pressure caused the severe entrapment of polymer pyrolysis products that gave the large porosity.
In this paper, the casting design of the integrated twin-scroll turbine housing with exhaust manifold using stainless steel is investigated. Due to the complexity in its geometry and the poor castability of stainless steel, it is more crucial to set up the appropriate casting design to avoid casting defects. Gas porosity and shrinkage formation with the changes of gating systems (one-/two-side), riser conditions and pouring temperatures are examined via casting simulation and virtual castings. Simulation results show that two-side gating system produced better quality casting than that of one-side gating system, minimizing the gas content of the castings and it is also verified by X-ray analysis for the virtual castings. For the changes of riser conditions and pouring temperatures in the two-side gating system, it is found that the change of the height of two risers plays an important role in obtaining the best quality by reducing shrinkage defects.
The proper feeding conditions for thin Al-Alloy (AA336, JIS AC8A) castings in permanent mold were investigated to eliminate microshrinkage porosity. 5mm-thick plates (200mm long, 60mm wide) were cast with increasing padding taper from 0 to 5% under different conditions : (1) constant mold temperature of $350^{\circ}C$, (2) continuous production with uniform mold thickness (10mm), (3) continuous production with a negative taper of 2.5% in mold thickness (thickness decreasing in direction to riser). The test casting were machined off to the midplane and the shrinkage porosity was examined visually. The critical padding taper which can just eliminate the shrinkage porosity was determined for each condition, i.e. : (1) 4.5% at the constant mold temperature, (2) 3.5% for continuous production with the uniform mold thickness (3) 1.5% for continuous production with the taper in mold thickness. A computer simulation by a finite difference analysis program was applied to the test casting. The liquid fraction gradient (LFG) and the temperature gradient divided by the square root of the cooling rate (G /SR) were calculated at the end of solidification and compared with the shrinkage porosity area in the castings. For the case of constant mold temperature, LFG is a better parameter to predict shrinkage porosity than G /SR and its critical value is around 11%/cm. But for the case of continuous production, neither LFG nor G /SR could be a reliable parameter. The experimental results about the critical padding taper are of practical interest for designing permanent molds and castings. The computer simulation results stimulate further research to be directed on the prediction of centerline microshrinkage porosity in continuous production.
A numerical analysis has been performed on the two-dimensional rectangular gallium melting problem using the enthalpy method. The major advantage of this method is that the physical domain is discretized with fixed grids without transforming variables and the interface conditions of phase change are accounted for the definition of suitable source terms in the governing equations. But in the fixed method, there is some ambiguity in defining the porosity constant which has no physical interpretation. If the velocity correction is included in the momentum equation, for the appropriate range of porosity constant, the realistic predictions are obtained. The object of the present work is to predict the phase change within the molten steel with thin riser slab using the modified enthalpy-porosity method. The computational procedures for predicting velocity and temperature are based on the finite volume method and the non-staggered grid system. The influence of natural convection on the melting process is considered. A comparison with the experimental results shows that the modified method is better than the previous one.
The squeeze infiltration process is potentially of considerable industrial importance. The performance enhancements resulting from incorporation of short alumina fiber into aluminum are well documented. These are particularly significant for certain automobile components. Aluminum matrix composite automotive parts, such as diesel engine pistons or engine blocks are produced using squeeze casting apparatus or pressure die-casting apparatus. But the solidification process gets complicated with manufacturing parameters and the factors for porosity formation have not fully understood yet. In this study the formation of porosity during squeeze infiltration has been studied experimentally to achieve an improved understanding of the squeeze infiltration process for manufacture of short-fiber-reinforced components, particularly the mechanism of porosity formation. Al-based MMCs produced under a range of conditions were examined metallographically and the porosity characterised;a kind of matrix, an initial temperature of melt, and a volume fraction of reinforcement. The densimetry and the microscopic image analysis were done to measure the amount of porosity. A correlation between manufacturing parameters and defects was investigated through these.
The dependence of the tensile properties on variations in the porosity of A356 aluminium alloys was investigated in terms of the quality index of the tensile properties based upon the ultimate tensile strength and elongation as well as the variation of the strength coefficient and strain-hardening exponent with regard to a T6 treatment. The test specimens were prepared by low-pressure die-casting and a subsequent T6 treatment, and the experimental results of a tensile test carried out at room temperature were compared to the theoretical description using a modified constitutive model. The nominal value of the quality index of A356 alloys increases gradually with a lapse of the ageing time upon a T6 treatment, despite the fact that this value is temporarily decreased during the initial stage of ageing from a solutionised condition. Additionally, the quality index depends practically upon the porosity variation with a power law relationship without regard to whether in solutionised or artificial aged conditions. The theoretical description indicates that the strength coefficient directly determines the nominal level of the quality index. Moreover, the overall dependence of the quality index on the porosity variation is remarkably weakened with an increase in the tensile strain, whereas the quality index depends sensitively upon the porosity variation with a low value of the strain-hardening exponent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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