The influences of solidification rates and carbon contents on the formation of the $\delta$-ferrite were studied by directional solidification in modified 12%Cr-l %Mo steels. Directional solidification experimental results showed that solidification microstructure depended on solidification rate and carbon content and chromium equivalent. The length of the mushy zone increased and the dendrite arm spacings decreased as the solidification rate increased. The volume fraction of the 8-ferrite decreased with increasing the solidification rate and carbon content. The volume fraction of the ferrite showed much higher at low solidification rates with planar and cellular interfaces than that at high solidification rates with dendritic interface. It is expected that macro-segregation of C causes lower C content at the lower solidification fraction in the directionally solidified sample, where lower C results in higher volume fraction of the ferrite. In order to estimate solidification microstructure in modified 12Cr-l%Mo steels, various solidification conditions, such as solidification rate, cooling rate, segregation, alloy composition, should be considered.
The solar energy is dramatically increasing as the alternative energy source and the silicon(Si) solar cell are used the most. In this study, the improved process and equipment for the metallurgical refinement of multicrystalline Si were evaluated for the inexpensive solar cell. The planar plane and columnar dendrite aheadof the liquid-solid interface position caused the superior segregation of impurities from the Si. The solidification rate and thermal gradient determined the shape of dendrite in solidified Si matrix solidified by the directional solidification(DS) method. To simulate this equipment, the commercial software, PROCAST, was used to solve the solidification rate and thermal gradient. Si was vertically solidified by the DS system with Stober process and up-graded metallurgical grade or metallurgical grade Si was used as the feedstock. The inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP) was used to measure the concentration of impurities in the refined Si ingot. According to the result of ICP and simulation, the high thermal gradient between the two phases wasable to increase the solidification rate under the identical level of refinement. Also, the separating heating zone equipped with the melting and solidification zone was effective to maintain the high thermal gradient during the solidification.
The effects of thermal gradient and solidification rate on the dendrite arm spacing and carbide morphology were investigated in directionally solidified Ni-base superalloy, CM 247LC. Thermal gradient was controlled by changing the position of the cold chamber and the furnace set temperature. The interface morphology changed from the planar to dendritic as increasing solidification rate. It was found that the dendrite spacing decreased as increasing the thermal gradient as well as the solidification rate. Also, as increasing solidification rate, carbide morphology changed from blocky shape to script and spotty shapes.
Al-Li alloy has a high strength with low density. Practically this alloy should use by the material which made from the rapid solidification. Therefore we examine the solidification structures of alloy with cooling rate. According to cooling rate increased, grain size and secondary dendrite arm spacing were smaller. Also grain size was further smaller by Zr added. To obtain more fine solidification structure, rapid solidification by single roll melt spinning was performed. According to higher wheel speed, cooling rate increased and cell size was smaller. Because of locally different cooling rate, different cell size was obtained in same specimen. More than cooling rate $10^6^{\circ}C$ /sec, zone A(insensible zone to corrosion)was obtained.
The effect of Re addition and solidification rate on the directional solidification behavior of Ni-Al model alloy has been investigated. Directional solidification (DS) were carried out using the modified Bridgman furnace with various solidification rates. The solid/liquid interface during directional solidification was preserved by quenching the specimen after the desired volume fraction of original liquid was solidified. The equilibrium partition coefficients of Al and Re Were estimated by measuring the compositions at the quenched solid/liquid interface. Then, the effect of Re addition on the elemental segregation behavior was carefully analyzed. The differential scanning calorimetry results showed that the Re addition results in increased ${\gamma}'$ solvus and freezing range of the alloy. It was also shown that the primary dendrite arm spacing gradually decreases with increasing the Re content, while the secondary dendrite arm spacing appears to be independent on the Re content. The compositional analyses clearly revealed that the segregation of Al increased with increasing the Re content and solidification rate, while that of Re was found to be independent on the solidification rate in the range of $10{\sim}100{\mu}m/s$ due to its sluggish diffusion rate in the Ni solid solution.
Directional solidification experiments were carried out at $1-300\;{\mu}m/sec$ solidification rates in the single crystal superalloy, CMSX 10. The solid/liquid interface morphology changed from planar to dendritic, and the dendrite spacing became finer as the solidification rate increased. The pool size of the ${\gamma}/{\gamma}'$ eutectic, formed between dendrites, reduced as the solidification rate increased. The phase formation temperatures, such as the solidus, liquidus and eutectic, were estimated by differential scanning calorimetry (DSC) analysis. The morphology of the ${\gamma}/{\gamma}'$ phase, known to be eutectic, showed ${\gamma}'$ cells with a $\gamma$ intercellular network, and this ${\gamma}/{\gamma}'$ was composed of coarse and fine ${\gamma}/{\gamma}'$ regions. In this study, it is suggested that the ${\gamma}/{\gamma}'$ phase was a coupled peritectic.The solidification procedure of the ${\gamma}/{\gamma}'$ between dendrites is also discussed.
Unidirectional solidification of $Al-CuAl_2$ eutectic composites was studied under the condition of forced convection by vibration. It has been shown that thermal gradient for solid is different from that for liquid during solidification under force convection by vibration. With increase of vibration, mobility of liquid increases, but decreases with decreasing vibration. The rate of solidification is very high initially, and decreases suddenly. For further solidification, the rate of solidification decrceases slowly, and shows a L-type behavior. The mechanical vibration during solidification effects efficiently on nucleation, and induces a forced convection in liquid. By the forced convection, great thermal gradient of liquid interface between solid and liquid can be obtained. The amount of solute near the interface also decreases as solute distribution is improved by the forced convection.
The effect of mold preheating temperature on the microstructure such as grain size, eutectic silicon morphology was investigated for the Al-7wt%Si-0.3wt%Mg alloy. Microstructural variations have been characterized as a function of Sr addition and cooling rate during solidification. Microstructures were correlated with cooling rate, local solidification time and eutectic nucleation temperature, etc. In this study, Sr addition caused increase of local solidification time, undercooling and reduction of eutectic plateau temperature. In logarithmic scale, local solidification time was in inverse proportion to cooling rate. Eutectic nucleation temperature was in inverse proportion to cooling rate of logarithmic scale. Increasing the cooling rate refined dendrite arm spacing and eutectic silicon. Dendrite arm spacing was logarithmically in inverse proportion to cooling rate. Without modifier addition, eutectic silicon was modified at cooling rate of $7^{\circ}C/s$ or higher.
In this study, we investigated the effect of the Si content on the secondary dendrite arm spacing (SDAS) of hypoeutectic Al-Si binary alloys in the range of 4~10 wt% Si. Cooling curves were measured during the solidification of the alloy cast in a step-wise mold. We compared two kinds of solidification time: the first is the total solidification time for both dendritic and eutectic growth, and the second is the solidification time for only dendritic growth. The proportional constant in the relationship between SDAS and cooling rate was estimated, as this constant represents the stability of the cast microstructure. The proportional constant decreased with the Si contents from 4 wt% to 8 wt%, and it remains relatively uniform with up to 10 wt% of Si.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.462-473
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2019
The effects of the location and dimension of the gate, location, and volume of the feeder, application of a chill, chill volume, and heating method of the feeder with respect to the effect of the mold-designing technologies on the defect status of the products are described. It is possible to increase the solidification time of the feeder by heating feeder. Furthermore, the pressure generated from the feeder is imposed on a product, and this decreases the generation of shrinkage porosities. In this study, two types of gating and feeding systems had been proposed: the bottom L-type junctions and the top L-type junctions. Additionally, solidification behaviors, such as solidification time, shrinkage porosities, weight percentage of chill system to product, hot spot, and solidification time ratio (=Solidification time of feeder/solidification time of product), are extensively analyzed by using commercial casting simulation software. Based on the solidification behaviors, reasonable mold design, feeding system, critical feeder heating temperature, and solidification time ratios are proposed in the sand casting process for the fabrication of carrier housing in order to reduce the casting defects and to increase the recovery rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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