Numerical investigation is made to study the effects of natural convection on the formation of macrosegregation of a Pb-Sn alloy solidification process in a 2-D confined rectangle mold. The governing equations are calculated using previous continuum models with SIMPLE algorithm doring the solidification process. In addition. to track the solid-liquid interface with time variations. the moving boundary condition Is adopted and irregular interface shapes are treated with Boundary-Fitted Coordinate system. As the temperature reduce from the liquidus to the solidus, the liquid concentration of Sn. the lighter constituent, increases. Then the buoyancy-driven flow due to temperature and liquid composition gradients, called thermosolutal convection or double diffusion, occurs in the mushy region and forms the complicated macrosegregation maps. Related to this phnomena, effects on the macrosegregation formation depending on the cooling condition and gravity values are described.
Numerical investigation is made to study the effects of thermosolutal convection on the formation of macrosegregation in a Pb-Sn alloy solidification process in a two dimensional confined rectangluar mold. The basic equations are sovled using the Contrinum Model theory with the SIMPE algorithm during the solidification process. In addition, to track the liquid-solid interface with time variations, the moving boundary condition was adopted and moving irregular interface shapes were treated with the time-dependent, boundary-fitted coordinate system. As the temperature reduces from the liquidus to the solidus, the liquid concentration of Sn, the lighter constituent, increases. Then the buoyancy-driven flow due to temperature and liquid composition gradients occurs in the mushy region and forms the complicated macrosegregation maps. belated to this phenomena, effects on the macrosegregation formation depending on the cooling condition and gravity values are examined.
The squeeze casting of a Mg-5wt%Al-0.6wt%Zr alloy was carried out to investigate the conditions for the formation and the prevention of macrodefects, such as macrosegregation and shrinkage defects. The effects of the process parameters, the applied pressure, the die temperature, and the pouring temperature on the formation of macrodefcts were investigated in correlation with the evolution of macrostructure. Three types of macrodefects were found; macrosegregation only, shrinkage defects only, both macrosegregation and shrinkage defects. It was found that the pouring temperature, the die temperature, and the applied pressure are closely related to the formation of macrodefects. Sound castings without macrosegregation and shrinkage defects can be obtained under the conditions of 80 MPa
$730^{\circ}C$$760^{\circ}C$, and $180^{\circ}C$<$T_D$<$250^{\circ}C$.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part 1
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pp.68-69
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2006
When an alloy such as Ni-W is liquid phase sintered, heavy solid W particles sedimentate to the bottom of the container, provided that their volume fraction is less than a critical value. The sintering process evolves typically in two stages, diffusiondriven macrosegregation sedimentation followed by true sedimentation. During macrosegregation sedimentation, the overall solid volume fraction decreases concurrently with elimination of liquid concentration gradient. However, in the second stage of true sedimentation, the average solid volume fraction in the mushy zone increases with time. It is proposed that the true sedimentation results from particle rearrangement for higher packing efficiency.
비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 액상내의 자연대류가 응고후 공정복합재료의 조성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 Al-Cu합금을 선택하여 액상내에서 발생되는 애류의 형태를 변화시키기 위하여 상향 및 하향 일방향응고를 실시하여 각 응고조건에 따른 공정복합재료의 Cu 용질농도를 측정하였으며, 일방향응고 중에 급냉응고하여 고액계면 전방의 용질농도분포와 열분석을 통해 온도분포를 실측하였다. 그 결과로 비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 대류는 공정복합재료의 용질편석에 커다란 영향을 주었으며, 고액계면 전방에서 thermal convection과 solutal convection이 모두 발생하는 하향 일방향응고된 아공정 Al-Cu합금에서 용질편석이 가장 크게 나타났다. 과공정 Al-Cu합금에서 상향 일방향응고한 경우가 하향 일방향응고한 경우보다도 용질편석이 증가한 것으로 나타났다. 이것은 본 연구조건에서는 solutal convection이 thermal convection보다 용질편석에 더 커다란 영향을 주는 것으로 생각되었다. 공정복합조직으로 성장시 고액계면은 평활계면으로 성장하였으며, 고액계면에서 액상 쪽의 용질농도는 아공정이나 과공정합금에 관계없이 공정조성의 용질농도를 가지며, 고액계면에서의 온도는 커다란 과냉도 없이 거의 공정온도 부근이었다.
The kinetics of centrifugal infiltration of fibrous tubular preform is built theoretically, and simulations are conducted to study the effects of various casting conditions on infiltration kinetics and macrosegregation by combining with the energy, mass and kinetic equations. A similarity way is used to simplify the one-dimensional model and the parameter is ascertained by an iterative method. The results indicate that the increase of superheat, initial preform temperature, porosity tends to enlarge the remelting region and decrease copper solute concentration at the infiltration front. Higher angular velocity leads to smaller remelting region and solute concentration at the tip. The pressure in the infiltrated region increase significantly when the angular velocity is much higher, which requires a stronger preform. It is observed that the pressure distribution is mainly determined by the angular velocity, and the macrosegregation in the centrifugal casting is greatly dependent on the superheat of inlet metal matrix, initial temperature and porosity of the preform, and the angular velocity.
Transport process during solidification of an AI-CU alloy in a vertical annular mold of which inner wall is cooled is numerically simulated. A model which can take account of local density dependence on the solute concentration is established and incorperated in the analysis. Results show that thermally and solutally induced convections are developed in sequence, so that there is little interaction between them. Thermal convection effectively removes the initial superheat from the melt and vanishes as solidification proceeds from the cooling wall. On the other hand, solutal convection which is developed later over the meshy and the pure liquid regions leads to large-scale redistribution of the consituents. The degree of the initial superheating hardly affects overall solidification behavior except the early stage of the process, when the cooling rate is kept constant. Macrosegregation is reduced remarkably with increasing cooling rate, because not only the liquidus interface advances so quickly that time available for the solute transport is not enough, but also the interdendritic flow is strongly damped by rapid crystal growth within the mushy region.
The effect of mold rotation on the transport process and resultant macrosegregation pattern during solidification of an Al-Cu alloy contained in a vertical axisymmetric annular mold cooled from the inner wall is numerically investigated. The mold initially at rest starts to rotate at a prescribed angular velocity simultaneously with the beginning of cooling. Computed results for a representative case show that the mold rotation essentially suppresses the development of both thermal and solutal convections in the melt, creating distinct characteristics such as the liquidus front, flow pattern and temperature distribution from those for the stationary mold. Thermal convection which develops at the early stages of cooling is soon extinguished by the rotating flow induced during spin-up, and thus does not effectively remove the initial superheat from the melt. On the other hand, solutal convection, though it weakens considerably and is confined within the mushy zone, still predominates over the solute redistribution process. With increasing the angular velocity, the solute transport in the axial direction is enhanced, whereas that in the radial direction is reduced. The final macrosegregation formed in the mold rotating at moderate angular velocities appears to be favorable in comparison with the stationary casting, in that not only relatively homogenized composition is achieved, but also a severely positive-segregated channel is restrained.
A fully coupled fluid flow, heat, and solute transport model was developed to investigate turbulent flow, solidification, and macrosegregation in a continuous casting process of steel slab with EMBR. Transport equations of mass, momentum, energy, and species for a binary iron-carbon alloy system were solved using a continuum model. The electromagnetic field was described by the Maxwell equations. A finite-volume method was employed to solve the conservation equations associated with appropriate boundary conditions. The effects of intensity of magnetic field and carbon segregation were investigated. The electromagnetic field reduces the velocity of molten flow in the mold and an increase in the percentage of C in steel results in a decrease of carbon segregation ratio.
An investigation of the effects of transverse magnetic field on melt convection and macrosegregation in vertical Bridgman growth of Te doped InSb was carried out by means of microstructure observation, the measurement of Te distribution by Hall measurement, electrical resistivity measurement and X-ray analysis. Prior to the experiments, interface stability, convective instability and suppression of convection by magnetic field were examined. A thermosolutal convection in the Te doped InSb melt occurred in the examined growth condition without magnetic field. The effective distribution coefficient, $K_{eff}$, was about 0.35 without magnetic field, 0.45 with magnetic field of 2kG, and 0.7 at 4kG. It was found that the stronger the applied magnetic field was, the more the convection was suppressed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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