Numerical Optimization Of The Gating System For An Inlet Valve Casting Made Of Titanium Alloy

• Autorzy: Fourie J. , Żak P. L. , Krajewski P. K. , Wołczyński W.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0397

Warianty tytułu

PL

Numeryczna optymalizacja układu wlewowego dla odlewu zaworu dolotowego ze stopu tytanu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of this work was to numerically investigate and optimize feeding and geometrical parameters to produce inlet valves of Ti6Al4V alloy that are free from defects, especially porosity. It was found that the change of geometry orientation as well as inlet feeder diameter and angle showed distinct relationships between geometric alteration and occurrence of porosity. Alteration in the pouring parameters such as temperature and time had none or only slight effect on occurrence or position of porosity in the valve. It was also found that investigating individual parameters of simple geometry and then utilizing these best fit results in complex geometry yielded beneficial results that would otherwise not be attainable.

PL

Głównym celem pracy były numeryczne badania i optymalizacja procesu zasilania oraz parametrów geometrycznych zaworów dolotowych ze stopu Ti6Al4V, zapewniających uzyskanie odlewów bez wad, w szczególności pozbawionych porowatości. Stwierdzono, iż zmiana położenia oraz średnicy i kąta pochylenia nadlewu pozostają w ścisłym związku z położeniem oraz kształtem pojawiającej się porowatości skurczowej. Zmiana parametrów zalewania form (temperatura, czas) nie ma, bądź ma niewielki wpływ na wystąpienie porowatości i jej lokalizację w odlewie zaworu. Stwierdzono, iż metoda badania wpływu poszczególnych parametrów procesu odlewania dla prostych kształtów, a następnie uogólnienie wyników najlepszych dopasowań na kształty złożone, daje korzystny wynik symulacji numerycznej, niemożliwy do uzyskania w inny sposób.

Słowa kluczowe

EN

numerical simulation; optimization; porosity; titanium alloys; investment casting; Ti6Al4V alloy; microstructure

PL

symulacja numeryczna; optymalizacja; porowatość; stopy tytanu; odlewanie; stop Ti6Al4V; mikrostruktura

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3
• Strony: 2437--2446
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Fourie J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, 23 Reymonta Str., 30-059 Krakow, Poland
• Cape Peninsula University of Technology, Cape Town, South Africa

autor

Żak P. L.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, 23 Reymonta Str., 30-059 Krakow, Poland

autor

Krajewski P. K.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Foundry Engineering, 23 Reymonta Str., 30-059 Krakow, Poland

autor

Wołczyński W.

• Institute of Metallurgy and Materials, Polish Academy of Sciences, 25 Reymonta Str., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] M. J. Donachie, Titanium. Materials Park, OH: ASM International (2000).
• [2] V. Kazymyrovych, Very high cycle fatigue of engineering materials: A literature review, Karlstad University (2009).
• [3] H. Voorwald, R. Coisse, M. Cioffi, Fatigue Strength of X45CrSi93 stainless steel applied as internal combustion engine valves. Procedia Engineering 10,1256-1261 (2011)
• [4] L. G. Terkla, W. R. Laney, Partial Dentures. C. V. Mosby Co., Saint Louis, MO, 244-249(1963).
• [5] H. G. Chung, M. Jean-Louis, T. Mori, Achieving high success rates in titanium casting using cold mold. Journal of Dental Research 73, Abstract 2451, 408 (1994).
• [6] C. Bessing, M. Bergman, The castability of unalloyed titanium in three different casting machines. Swedish Dentistry Journal 16, 109-113 (1992).
• [7] O. Magnitskii, Casting properties of titanium alloys (1970.
• [8] K. L. Stewart, K. D. Rudd, W. A. Kuebker, Clinical Removable Partial Prosthodontics. C. V. Mosby Co, St. Louis, MO, 357-358 (1983).
• [9] K. F. Linefelder, C. W. Fairhurst, G. Ryge, Porosities in dental gold castings II. Effects of mold temperature, sprue size and dimension of wax pattern. Journal of American Dental Association 67,816-821 (1963).
• [10] H. Hero, M. Syverud, M. Waarli, Mold filling and porosity in castings of titanium. Journal of Dental Materials 9, 15-18 (1993).
• [11] K. Watanabe, S. Okawa, O. Miyakawa, S. Nakano, N. Shiokawa, M. Kobayashi, Molten titanium flow in a mesh cavity by the flow visualization technique. Journal of Dental Materials 10 (2), 128-137 (1991).
• [12] R. I. Jaffee, M. E. Promisel, The Science, Technology and Application of titanium. Pergamon Press, New York, 5-17, 21-23, 79-84 (1970).
• [13] J. Takahashi, J. Z. Zhang, M. Okazaki, Effect of casting method on castability of pure titanium. Journal of Dental Materials 12 (2), 245-252 (1993).
• [14] M. Okazaki, H. Kimura, Reaction of titanium with trial phosphate-bonded investment molds. Journal of Dental Research 72, Abstract 1426, 281 (1993).
• [15] J.Z. Zhang, Effect of casting method on castability of pure titanium. Journal of Dental Materials 12, (2), 245-252 (1993).
• [16] J. Lelito, P. L. Żak, A. A. Shirzadi, A. L. Greer, W. K. Krajewski, J. S. Suchy, K. Haberl, P. Schumacher, Effect of SiC Reinforcment Particles on the Grain Density in a Magnesium Based Metal-Matrix Composite: Modelling and Experiment, Acta Materialia 60, 2950-2958 (April 2012).
• [17] W. Wołczyński, W. Krajewski, R. Ebner, J. Kloch, The use of equilibrium phase diagram for the calculation of non-equilibrium precitipates in dendritic colidification theory, Calphad-Computer Coupling and Phase Diagrams and Thermochemistry 25, 3, 401-408 (2001).
• [18] W. K. Krajewski, J. Lelito, J. S. Suchy, P. Schumacher, Computed tomography – a new tool in structural examinations of castings, Archives of Metallurgy and Materials 54, 335-338 (2009).
• [19] W. K. Krajewski, J. S. Suchy, Determining Thermal Properties of Insulating Sleeves, Materials Science Forum 649, 487-491 (2010).
• [20] P. K. Krajewski, G. Piwowarski, P. L. Żak, W. K. Krajewski, Experiment and numerical modelling the time of a plate-shape casting solidification vs. thermal conductivity of mould material, Archives of Metallurgy and Materials 59, 4, 1405-1408(2014).
• [21] J. Lelito, P. L. Żak, A. L. Greer, J. S. Suchy, W. K. Krajewski, B. Gracz, M. Szucki, A. A. Shirzadi, Crystallization Model of Magnesium Primary Phase in the AZ91/SiC Composite, Composites: Part B 43, 3306-3309 (2012).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.