Numerický model krystalizace čistého hliníku

Numerical model of crystallization of pure aluminium

článek v časopise - ostatní, Jost

en

The character of primary crystallization was investigated on a simple cylindrical sample, crystallizing in a cast-iron mould pre-heated to various temperatures. The experimental research comprised the measurement of temperatures using thermocouples, the evaluation of the experimentally acquired temperature gradients G, and the shift rate of the phase transition interface R. Furthermore, it comprised the determination of the so-called critical values Gcr and Rcr, which are reached by the crystallizing metal in the transition interface where the columnar crystals transform into the equiaxed. The numerical model had been developed to expand the limited experimental capabilities of the evaluation of G and R to every point of the longitudinal section, based on the investigation of the 3D transient temperature field within the system comprising the casting, the mould and ambient. Furthermore, the authors have discovered a new criterion (called the 'temperature-delay' criterion), which predicts the macro-structure. This criterion can not only determine the position of the transition interface between both crystallizations, but also the time in which one transforms into the other.

Charakter primární krystalizace byl zkoumán na jednoduchém válcovém vzorku čistého hliníku (99,99%), krystalizujícím v litinové kokile předehřáté na různé teploty, Výzkum byl zvláště zaměřen na stanovení polohy rozhraní mezi sloupkovitými a rovnoosými krystality. Experimentální výzkum zahrnoval měření teplot termočlánky, vyhodnocení experimentálně získaných gradientů teploty G a rychlosti pohybu fronty tuhnutí R. Dále zahrnoval stanovení tzv. kritické hodnoty Gcr a Rcr , které jsou dosaženy při krystalizaci kovu na rozhraní, kdy sloupkovitá krystalizace přechází v rovnoosou. Poloha mezi oběma krystalizacemi byla stanovena experimentálně na vyvolané makrostruktuře v podélném osovém řezu zkoumaným válcovým vzorkem. Charakter primární krystalizace se může určit po srovnání experimentálních hodnot G a R v různých místech vzorku s experimentálně zjištěnými hodnotami Gcr a Rcr . Byl vyvinut numerický model sloužící k rozšíření omezené experimentální možnosti vyhodnocování G a R pro každý bod podélného řezu, založený na výzkumu 3D nestacionárního teplotního pole systému zahrnujícího odlitek, formu a okolí. To umožní predikci charakteru krystalizace podrobněji. Srovnání numerických a experimentálních hodnot G a R bylo velmi úspěšné. Navíc autoři objevili nové kriterium (nazvané kriterium "teplotní prodlevy), které predikuje charakter makrostruktury. Je tak možno řídit krystalizaci bez náročných experimentů. Toto kriterium může nejen určit polohu rozhraní obou krystalizací , ale také dobu, kdy sloupkovitá krystalizace přejde v rovnoosou.

The character of primary crystallization was investigated on a simple cylindrical sample, crystallizing in a cast-iron mould pre-heated to various temperatures. The experimental research comprised the measurement of temperatures using thermocouples, the evaluation of the experimentally acquired temperature gradients G, and the shift rate of the phase transition interface R. Furthermore, it comprised the determination of the so-called critical values Gcr and Rcr, which are reached by the crystallizing metal in the transition interface where the columnar crystals transform into the equiaxed. The numerical model had been developed to expand the limited experimental capabilities of the evaluation of G and R to every point of the longitudinal section, based on the investigation of the 3D transient temperature field within the system comprising the casting, the mould and ambient. Furthermore, the authors have discovered a new criterion (called the 'temperature-delay' criterion), which predicts the macro-structure. This criterion can not only determine the position of the transition interface between both crystallizations, but also the time in which one transforms into the other.

Čistý hliník, krystalizace, numerický model

Pure aluminium, crystallization, numerical model

2009

10.11.2009

OCELOT s.r.o.

Ostrava

0018-8069

Hutnické listy

LXII

5

68–74

7