Single pore tracing approach for theoretical description of ordered porosity structure formation

• Autorzy: Drenchev L. , Sobczak J. , Malinov S.

Warianty tytułu

PL

Metoda tropienia pojedynczego pęcherza gazowego w zastosowaniu do opidu matematycznego powstawania struktury metalu o uporządkowanej porowatości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A two-dimensional time dependent model for simultaneous growth of gas pore and solid phase from gas saturated melt was developed. This model was applied to structure formation of ordered porosity metal materials. Fabrication of copper porosity castings was simulated numerically. A procedure for calculating inter-pore spacing and pore radius for certain technological regime were discussed. It was proved that the structure of ordered porosity metal materials formed at steady-state conditions could consist of pores with different radii. This is observed in real ingots. This is the main distinction between normal eutectic structures and ordered porosity structure.

PL

Nową, mało zbadaną i perspektywiczną grupę metalowych materiałów wysokoporowatych stanowią kompozyty metalowe zbrojone gazem - gazary, ostatnio określane mianem "struktury typu lotus" - "lotus-like structures". U dotychczas istniejących podstaw teorii i praktyki gazarów leżą głównie prace Państwowej Akademii Metalurgicznej Ukrainy w Dniepropietrowsku (PAMUD), prowadzone od 1969 roku nad krzepnięciem układów typu metal wodór oraz prace grupy prof. H. Nakajimy z Osaka University w Japonii. Począwszy od 1996 roku również Instytut Odlewnictwa we współpracy z PAMUD (prof. L.Boyko), Instytutem Nauki o Metalach Bułgarskiej Akademii Nauk (prof. L. Drenchev) i Instytutem Transportu Samochodowego w Warszawie (dr A. Wojciechowski) prowadzi prace z zakresu teorii, praktyki i modelowania matematycznego gazarów. Od dwóch lat podjęto współpracę w tym zakresie z The Queen's University of Belfast ze Zjednoczonego Królestwa Wielkiej Brytanii (prof. S. Malinov i prof. Wei Sha). W artykule omówiono część wyników prac, prowadzonych nad modelowaniem kształtowania się struktury układów wysokoporowatych. Opracowano dwuwymiarowy, w funkcji czasu, matematyczny model jednoczesnego wzrostu pęcherza gazowego i fazy stałej z cieczy metalowej (wstępnie nasyconej gazem). Za pomocą modelu scharakteryzowano proces kształtowania się struktury w materiałach metalowych o uporządkowanej porowatości. Na przykładzie cylindrycznego porowatego wlewka miedziowego przeprowadzono właściwą symulację numeryczną. Przeanalizowano zaproponowany sposób obliczeń odległości pomiędzy pęcherzami a ich rozmiarami dla wybranych parametrów technologicznych. Wykazano, że w strukturze materiałów metalowych o uporządkowanej porowatości, tworzącej się w warunkach ustalonych (stacjonarnych), powinny występować pęcherze o zróżnicowanej średnicy. Sformułowana konstatacja znalazła swoje potwierdzenie w badaniach struktury wlewków doświadczalnych, a jej występowanie stanowi najistotniejszą różnicę pomiędzy strukturą eutektyki (obserwowaną w tradycyjnych procesach odlewniczych) - do której można odnieść rozpatrywany układ metal-gaz - a strukturą metalu o uporządkowanej porowatości (wytworzonego np. w drodze chłodzenia strefowego metalu nasyconego gazem).

Słowa kluczowe

EN

gasars; lotus-like structures; high porosity media; numerical simulation; mathematical modelling

PL

gazy; struktury typu lotus; materiały wysokoporowate; symulacja numeryczna; modelowanie matematyczne

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Odlewnictwo - Nauka i Praktyka
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 8, nr 5-6
• Strony: 6--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Drenchev L.

autor

Sobczak J.

autor

Malinov S.

• Institute of Metal Science, Bułgaria

Bibliografia

• 1. Drenchev L, Sobczak J., Asthana R., Malinov S.: Mathematical modelling and numerical simulation of ordered porosity metal materials formation. Journal of Computer-Aided Materials Design 2003, t. 10, s. 35-54.
• 2. Drenchev L., Sobczak J., ShaW., Malinov S.: Mathematical model for simultaneous growth of gas and solid phase in gas-eutectic reaction. Journal of Materials Science 2005, t. 40. s. 2525-2529.
• 3. Jackson K.A., Hunt J.D.: Lamellar and rod eutectic growth. AIME Met. Soc. Trans. 1966, t. 236, s, 1129-1142.
• 4. YamamuraY.,Shiota H., Murakami K., Nakajima H.: Evaluation of porosity in porous copper fabricated by unidirectional solidification under pressurized hydrogen. Materials Science Engineering 2001, t. 318 A, s. 137-143.
• 5. Drenchev L., Sobczak J., Malinov S., Sha W., Long A.: Discussion of ,,A theoretical study of Gasarite eutectic growth". Scripta Materialia 2005, t. 52, s. 799-801.
• 6. Ikeda T., Nakajima H.: Titanium coating of lotus-type porous stainless steel by vapour deposition technique. Materials Letters 2004, t. 58, s. 3807-3811.
• 7. Ikeda T, Aotoki T, Nakajima H.: Fabrication of lotus-type porous stainless steel by continuous zone melting technique and mechanical property. Metallurgical and Materials Transactions 2005, t. 36 A, s. 77-86.
• 8. Tane M., Ichitsubo T., Nakajima H., Hyun S.K., Hirao M.: Elastic properties of lotus-type porous iron: acoustic measurement and extended effective-mean-field theory. Acta Materialia 2004, t. 52, s. 5195-5201.
• 9. Hyun S.K., Nakajima H.: Effect of solidification velocity on pore morphology of lotus-type porous copper fabricared by unidirectional solidification. Materials Letters 2003, t. 57, s. 3149-3154.
• 10. Porter D.A., Easterling K.A.: Phase Transformations in Metals and Alloys, Second Edition, London 1992, Chapman & Hall, s. 228.
• 11. H.Zener C.: AIME Met. Soc. Trans. 1946, t. 167, s. 550-595.
• 12. Xie Z.K., Ikeda T., Okuda Y, Nakajima H.: Sound absorption characteristics of lotus-type porous copper fabricated by unidirectional solidification. Materials Science Engineering 2004, t. 386 A, s. 390-395.