Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical Model Of Binary Alloys Solidification Basing On The One Domain Approach And The Simple Macrosegregation Models

Majchrzak E., Mochnacki B., Mendakiewicz J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2431--2435

EN

In the paper the thermal processes proceeding in the domain of solidifying binary alloy are considered. The mathematical model of solidification and cooling processes bases on the one domain method (or fixed domain method). In such a model the parameter called a substitute thermal capacity (STC) appears. At the stage of STC construction the macrosegregation process described by the lever arm rule or the Scheil model is taken into account. In this way one obtains the formulas determining the course of STC resulting from the certain physical considerations and this approach seems to be closer to the real course of thermal processes proceeding in domain of solidifying alloy. In the final part the examples of numerical solutions basing on the finite difference method are presented.

PL

W pracy rozpatruje się procesy cieplne zachodzące w obszarze krzepnącego i stygnącego stopu dwuskładnikowego. Model matematyczny tych procesów bazuje na podejściu nazywanym metodą jednego obszaru. W modelach tego typu pojawia się parametr nazywany zastępczą pojemnością cieplną. Na etapie jej definiowania autorzy uwzględnili proste modele makrosegregacji wynikające z reguły dźwigni i znanego modelu Scheila. Otrzymane zależności determinujące przebiegi pojemności zastępczej na podstawie pewnych rozważań fizycznych wydają się lepiej przybliżać rzeczywisty przebieg procesów cieplnych zachodzących w obszarze krzepnącego stopu. W końcowej części pracy pokazano wyniki rozwiązań numerycznych uzyskanych przy wykorzystaniu metody różnic skończonych.

2

Numerical modelling of macrosegregation in heavy steel ingot

Tkadlečková M., Machovčák P., Gryc K., Michalek K., Klus P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 1

171-177

EN

The paper presents new knowledge and experience from numerical modelling of macrosegregation in heavy steel ingot using ProCAST software. The main aim of numerical modelling realized under the conditions of the Department of Metallurgy and Foundry and Regional Materials Science and Technology Centre at VSB-TU Ostrava is the optimization of the production of heavy steel ingots produced in V´ITKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Input parameters of computation were determined by the real conditions of parallel experimental casting of a 90-ton steel ingot. The input data were also verified by thermal analysis and thermography measurement. The numerical results of macrosegregation were compared with the chemical analysis evaluated in a real ingot section. According to the comparison, attention will be focused next on determination of the effect of boundary conditions of filling and solidification of the ingot on the size of macrosegregation.

PL

W artykule przedstawiono doswiadczenia i nowe informacje uzyskane o procesie makrosegregacji w wielkogabarytowym wlewku stalowym przy pomocy modelowania numerycznego z uzyciem oprogramowania ProCast. Głównym celem badan o charakterze modelowania numerycznego prowadzonych na Wydziale Metalurgii i Odlewnictwa oraz w Regionalnym Centrum Technologii i Inzynierii Materiałowej VSB-TU Ostrava jest optymalizacja produkcji wielkogabarytowych wlewków stalowych produkowanych w VITKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Dane wejsciowe do obliczen zostały wyznaczone w oparciu o opracowana analize rzeczywistych warunków odlewania stacjonarnego 90-tonowego wlewka stalowego. Zostały one dodatkowo zweryfikowane poprzez analize termiczna i pomiary termograficzne. Wyniki obliczen numerycznych porównano z wynikami analizy chemicznej przeprowadzonej dla wlewka rzeczywistego. Uzyskane rezultaty upowazniaja do podjecia w dalszej czesci badan problematyki dotyczacej okreslenia wpływu warunków brzegowych napełniania wlewnicy i krzepniecia wlewka na wielkosc procesu makrosegregacji.

3

Weryfikacja eksperymentalna algorytmu odtworzenie współczynnika wnikania ciepła w zagadnieniu krzepnięcia stopu dwuskładnikowego

Słota D.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 3

163--166

PL

W pracy przedstawiono wyniki weryfikacji eksperymentalnej algorytmu rozwiązania zagadnienia odwrotnego polegającego na wyznaczeniu współczynnika wnikania ciepła podczas krzepnięcia stopu dwuskładnikowego, gdy znane są pomiary temperatury w wybranych punktach odlewu. W rozważanym modelu rozkład temperatury opisany został zagadnieniem Stefana ze zmienną temperaturą początku krzepnięcia zależną od stężenia składnika stopowego, natomiast do opisu stężenia wykorzystano model linii łamanej.

EN

The paper presents the results of experimental verification of the algorithm of solving the inverse problem consisted in determination of the heat transfer coefficient in solidification of the binary alloy when the measurements of temperature in selected points of the cast are known. In considered model the distribution of temperature is described by means of the Stefan problem with varying temperature at the beginning of solidification process depending on the alloy component concentration, whereas for description of the concentration the broken line model is used.

4

Cet in solidifying roll - thermal gradient field analysis

Wołczyński W., Guzik E., Wajda W., Jędrzejczyk D., Kania B., Kostrzewa M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 1

105-117

EN

As the first step of simulation, a temperature field for solidifying cast steel and cast iron roll was created. The convection in the liquid is not comprised since in the first approximation, the convection does not influence the analyzed occurrence of the C - E (columnar to equiaxed grains) transition (CET) in the roll. The obtained temperature field allows to study the dynamics of its behaviour observed in the middle of the mould thickness. This midpoint of the mould thickness was treated as an operating point for the C - E transition. A full accumulation of the heat in the mould was postulated for the C - E transition. Thus, a plateau at the T(t) curve was observed at the midpoint. The range of the plateau existence tC - tE corresponded to the real period of transition, that occurs in the solidifying roll. At the second step of simulation, the thermal gradients field was studied. Three ranges were distinguished: a/ for the formation of the columnar structure (the C - zone): The columnar structure formation was significantly slowed down during incubation period. It resulted from a competition between columnar growth and equiaxed growth expected at that period of time. The relationship was postulated to correspond well with the critical thermal gradient, Gcrit.. A simulation was performed for the cast steel and cast iron rolls solidifying as if in industrial condition. Since the incubation divides the roll into two zones (columnar and equiaxed) some experiments dealing with solidification were made on semi-industrial scale. A macrosegregation equation for both mentioned zones was formulated. It was based on a recent equation for redistribution after back-diffusion. The role of the back-diffusion parameter was emphasized as a factor responsible for the redistribution in columnar structure and equiaxed structure.

PL

W pierwszym etapie symulacji wygenerowano numerycznie pole temperatury dla krzepnącego walca staliwnego oraz żeliwnego. Nie uwzględniono konwekcji uznając, że w pierwszym przybliżeniu konwekcja nie wpływa na przebieg transformacji C - E (struktura kolumnowa w równoosiową, CET). Uzyskane pole temperatury pozwala na analizę jego zachowania w środku grubości wlewnicy. Ten punkt wlewnicy zostałpotraktowany jako punkt operacyjny dla transformacji C - E. Postuluje się w tym modelu, że zachodzi pełna akumulacja ciepła we wlewnicy właśnie dla tej transformacji. Stąd, spłaszczenie krzywej T(t) jest obserwowane dla punktu operacyjnego. Zakres tego spłaszczenia oznaczony tC - tE odpowiada rzeczywistemu okresowi transformacji, tRC - tRE który pojawia się w krzepnącym walcu. W drugim etapie symulacji analizuje się gradientowe pole temperatury. Wyróżniono trzy jego zakresy: a/ dla formowania się struktury kolumnowej (strefa C): b/ dla transformacji struktury kolumnowej w strukturę w pełni równoosiową (okres inkubacji), C - E: Powstawanie struktury kolumnowej wyraźnie zwalania w okresie inkubacji. Wynika to z konkurencji między wzrostem struktury kolumnowej i równoosiowej. Postuluje się że zaobserwowana zależność dobrze odpowiada krytycznemu gradientowi temperatury, Gcrit.. Symulacja została przeprowadzona zarówno dla walców staliwnych jak i żeliwnych dla warunków zbliżonych do przemysłowych. Ponieważ tzw. inkubacja dzieli walec na dwie strefy (kolumnową i równoosiową) pewne eksperymenty związane z symulacją zostały przeprowadzone w skali półprzemysłowej celem konfrontacji z obliczeniami. Sformułowano równanie określające makrosegregację w obu strefach. Bazuje ono na ostatnio zaproponowanym równaniu dla opisu redystrybucji po dyfuzji wstecznej. Podkreślono rolę parametru dyfuzji wstecznej jako czynnika odpowiedzialnego za redystrybucję w obu strefach strukturalnych.

5

Evaluation of chemical heterogeneity of a 90-ton forging ingot

Machovcak P., Opler A., Carbol Z., Trefil A., Merta K., Tkadleckova M., Michalek K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2012

|

Vol. 58, nr 1

22--27

EN

Purpose: This article describes performance of the experimental 90-ton forging ingot casting, the way of cutting, the methodology of chemical analysis and the results of that investigation. Design/methodology/approach: The experimental ingot 8K91SF weighing almost 90 tons was cast due the performance a detailed analysis of the current state of casting and solidification. The ingot was cut and macrostructure and chemical heterogeneity of the ingot was evaluated in detail. The standard method used in metallurgical analytics - analyses using optical emission spectrometers - was not applicable due to the large number of required analyzes. Thus, the mobile optical spectrometer SPECRTOTEST was used. Sulfur prints and fluid penetration tests were performed due to detect macroscopic distribution of sulfur and to locate surface-breaking defects. Findings: Current level of segregations of selected elements in real 90-ton steel ingot was detected. Also mutual mixing of two heats needed for the production of this ingot was verified. Research limitations/implications: Future research is focused on determination of inclusion content in selected parts of experimental ingot and on the level of micro-segregations. We are limited by the accuracy of chosen analytical method, which is also discussed in the paper. Practical implications: The gained knowledge is used to specification of the setting of boundary conditions of the numerical simulations, which should help to optimize the production technology of casting heavy forging ingots and minimize the level of segregation in ingots. Originality/value: New knowledge concerning mutual mixing of two heats needed for bottom casting of heavy forging ingot are presented in this paper. Distribution of segregation in so heavy ingot was detected. Results are the base for further investigations in macro-segregations and for the improving the accuracy of results of numerical simulations.

6

Segregation behaviour of third generation advanced high-strength Mn-Al steels

Grajcar A.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 2

123-128

EN

The paper addresses the macro- and microsegregation of alloying elements in the new-developed Mn-Al TRIP steels, which belong to the third generation of advanced high-strength steels (AHSS) used in the automotive industry. The segregation behaviour both in the as-cast state and after hot forging was assessed in the macro scale by OES and by EDS measurements in different structural constituents. The structural investigations were carried out using light and scanning electron microscopy. A special attention was paid to the effect of Nb microaddition on the structure and the segregation of alloying elements. The tendency of Mn and Al to macrosegregation was found. It is difficult to remove in Nb-free steels. Microsegregation of Mn and Al between austenite and ferritic structural constituents can be removed.

7

Effects of Mn and Nb on the macro- and microsegregation in high-Mn high-Al TRIP steels

Grajcar A., Kalinowska-Ozgowicz E., Opiela M., Grzegorczyk B., Gołombek K.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2011

|

Vol. 49, nr 1

5-14

EN

Purpose: The aim of the paper is to determine the effects of Mn and Nb on the macro- and microsegregation of new-developed (3-5)Mn 1.5Al TRIP steels in the as-cast state and after hot forging. Design/methodology/approach: To assess possible macro- and microsegregation the chemical composition was investigated in the macro scale by OES and by the use of EDS in microregions. To reveal the macrostructure the ingots were etched by Oberhoffer’s reagent. The chemical composition along a diameter of the ingots was tested as well as in different regions of the plastically deformed flats. Metallographic investigations were carried out using optical (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Findings: The Mn and Nb contents have significant effects on the obtained bainitic-martensitic structures and the morphology of retained austenite. The tendency to macrosegregation of Mn and Al between middle and external parts of the as-cast ingots and hot forged flats was detected. The Nb micoalloying results in the overall refinement of obtained microstructures and reduces the identified segregation of Al and Mn. A little microsegregation of these alloying elements between structural constituents was also detected. Research limitations/implications: Further investigations to describe in detail the identified structural constituents and the tendency of alloying elements to segregation in the thermomechanically rolled sheets are in progress. Practical implications: The knowledge of the macro- and microsegregation of Mn and Al in the TRIP steels with a high fraction of retained austenite is of primary importance for the manufacturing paths of these multiphase structure steels. Originality/value: A problem of segregation of Al and Mn in advanced high strength steels with and without Nb microaddition was described and interesting types of bainitic structures were identified.

8

Reconstruction of the heat transfer coefficient in the problem of binary alloy solidification with application of the broken line model

Słota D., Hetmaniok E., Wituła R.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 4

137-140

EN

In the paper, solution of the inverse problem is presented, which consists in determination of the heat transfer coefficient during the process of binary alloy solidification for the known temperature measurements in the selected points of the cast. In the cons idered model distribution of temperature is described with the aid of Stefan problem with the varying liquidus temperature depending on the concentration of alloy component. Whereas, for description of the concentration the broken line model is used.

9

Numerical modeling of macrosegregation and stress-strain state distribution in slab during continue casting with soft reduction

Rec T., Milenin A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2010

|

Vol. 55, iss. 3

915-919

EN

The center segregation is forming in the slab during continuous casting process. The segregation of elements in the slab is negative influences on mechanical, chemical and microstructure of final product. One of the methods of decrease the center segregation is mechanical soft reduction process. The efficiency of soft reduction is dependent on value and localization of soft reduction and parameters of continuous casting process. Moreover, the soft reduction process to change the stress-strain state in the slab and it can cause formation cracks on slab surface. The purpose of this paper is to develop a numerical FEM model of continuous casting process with soft reduction process and optimization of parameters of soft reduction for industrial example. The proposed numerical model of slabs casting with soft reduction technology takes into ac-count the processes of crystallization, thermal stress, diffusion, macrosegregation and mechanical deformation.

PL

W procesie krzepnięcia wlewków odlewanych w sposób ciagły zachodzi zjawisko segregacji pierwiastków. Zjawisko to powoduje powstawanie niejednorodnej struktury we wlewku co niekorzystnie wpływa na własności mechaniczne chemiczne i mikrostrukturalne wyrobów finalnych. Jedna z metod obniżenia segregacji we wlewkach ciągłych jest zastosowanie odkształcenie wlewka w stanie półciekłym w końcowym etapie odlewania. Efektywność tej metody zależy od momentu i wielkości przyłożenia odkształcenia, prędkości odlewania czy składu chemicznego odlewanej stali. Ponad to, zadany gniot zmienia stan naprężenia i odkształcenia we wlewku co może prowadzić do powstawania pęknięć na powierzchni wlewka. W pracy przedstawiono model numeryczny procesu ciągłego odlewania stali uwzględniający zjawisko krzepnięcia wlewka, segregacji pierwiastków oraz stanu odkształcenia i naprężenia w stanie półciekłym. W oparciu o opracowany model numeryczny podjęto próbę optymalizacji parametrów procesu odkształcenia w stanie półciekłym w celu zmniejszenia segregacji pierwiastków dla warunków przemysłowych.Wykonano porównanie wyników modelowania rozkładu segregacji w przekroju wlewku z danymi doświadczalnymi.

10

Interplay between temperature gradients field and C → E transformation in solidifying rolls

Wołczyński W., Guzik E., Kania B., Wajda W.

Archives of Foundry Engineering

|

2009

|

Vol. 9, iss. 4

254-260

EN

At first step of simulation a temperature field for solidifying cast steel and cast iron roll has been performed. The calculation does not take into account the convection in the liquid since convection has no influence on the proposed model for the localization of the C → E (columnar to equiaxed grains) transformation. However, it allows to study the dynamics of temperature field temporal behavior in the middle of a mould. It is postulated that for the C → E transition a full accumulation of the heat in the mould has been observed (plateau at the T(t) curve). The temporal range of plateau existence corresponds to the incubation time for the full equiaxed grains formation. At the second step of simulation temporal behavior of the temperature gradient field has been studied. Three ranges within temperature gradients field have been distinguished for the operating point situated at the middle of mould: a/ for the formation of columnar grains zone, ([...] and high temperature gradient [...]), b/ for incubation of the liquid to the C → E transformation, ([...] no temperature gradient changes [...]), c/ for equiaxed grains growth, ([...] and moderate temperature gradient [...]). T - temperature, r - roll radius. It is evident that the heat transfer across the mould decides on the temporal appearance of incubation during which the solidification is significantly arrested and competition between columnar and equiaxed growth occurs. Moreover solidification with positive temperature gradient transforms into solidification with negative temperature gradient (locally) after the incubation. A simulation has been performed for the cast steel and cast iron rolls solidifying as in industry condition. Since the incubation divides the roll into to parts (first with columnar structure, second with equiaxed structure) some experiments dealing with solidification have been made in laboratory scale. Finally, observations of the macrosegregation or microsegregation and phase or structure appearance in the cast iron ingot / roll (made in laboratory) has also been done in order to confront them with theoretical predictions. An equation for macrosegregation identification is suggested. Additionally, a new equation for redistribution studied across a given grain and its surrounding (precipitates) is also delivered. The role of the back-diffusion parameter is emphasized as a factor responsible for homogenization of the massive roll ingots.

11

Simplified model of macrosegregation

Lara S., Pawlak E., Prażmowski M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2004

|

R. 4, nr 14

259-266

EN

In the paper the simplified model of macrosegregation using the broken line approach [1, 2] is discussed. The considerations presented in quoted papers are generalized on the problems of cylindrical and spherical geometry of the casting. In the final part of the paper the example of numerical computations is shown.

PL

W pracy rozpatruje się uproszczony model makrosegregacji z wykorzystaniem metody linii łamanej [1, 2]. Rozważania prezentowane w artykule dotyczą odlewów o geometriach walcowych i sferycznych. W końcowej części zaprezentowano przykład obliczeń numerycznych.

12

Analysis of segregation process using the broken line model. Numerical realization

Suchy J. S., Mochnacki B., Prażmowski M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 10

235--240

EN

In the paper [1] the basic idea of simplified model of macro-segregation process called 'a broken line model' is presented. Here, the details concerning the algorithm realizing the numerical simulation of the process are discussed. The examples of computations concern both the constant solidification rate and the time-dependent one.

PL

W pracy [1] omówiono istotę uproszczonego modelu makrosegregacji nazwaną przez autorów metodą linii łamanej. W niniejszym artykule przedstawione zostaną niektóre szczegóły dotyczące algorytmu realizującego obliczenia numeryczne. Przykłady obliczeń dotyczą zarówno zadań, dla których założono stałą szybkość krzepnięcia, jak i zadań, dla których szybkość krzepnięcia zmienia się w czasie.

13

Analysis of segregation process using the broken line model. Theoretical base

Suchy J. S., Mochnacki B.

Archiwum Odlewnictwa

|

2003

|

R. 3, nr 10

229--234

EN

In the paper the mathematical description of the macrosegregation process proceeding in the casting domain is discussed. Because the solution of the task formulated in such way is rather complicated we present the simplified models in particular the considerations resulting from the lever arm rule and the Scheil assumption and also the model worked out by the authors of this paper called 'a broken line model'. The considerations presented concern the problems for which the solidification rate is assumed to be known (the mutual connections between solidification model and segregation one are omitted).

PL

W pracy przedstawiono opis matematyczny procesu makrosegregacji w obszarze krzepnącego odlewu. Ponieważ konstrukcja efektywnego algorytmu numerycznego na bazie takiego opisu jest raczej skomplikowana, więc rozpatruje się również modele uproszczone. Autorzy prezentują własne podejście do modelu wynikającego z reguły dźwigni oraz modelu wynikającego z założeń Scheila. W dalszej części artykułu omówiony jest nowy sposób opisu procesu segregacji, w którym rozkład stężenia w fazie ciekłej przybliża się linią łamaną. Prezentowane w tej części rozważania dotyczą przypadku, gdy szybkość narastania warstwy zakrzepłej jest znana, co umożliwia rozprzężenie modelu krzepnięcia z modelem ruchu masy.

14

Symulacja krzepnięcia odlewu z uwzględnieniem procesu segregacji

Mochnacki B., Suchy J. S., Prażmowski M.

Przegląd Odlewnictwa

|

2001

|

Vol. 51, nr 4

144-149

PL

Typowe programy narzędziowe stosowane do symulacji numerycznej krzepnięcia odlewu w formie opierają się na modelach matematycznych, z reguły nie uwzględniających zjawiska makrosegregacji. Zaniedbanie tego zjawiska powoduje, że pewne ważne z cieplnego punktu widzenia procesy nie będą uwzględnione. W artykule przedstawiono wyniki badań w postaci procedur numerycznych uzupełniających model przepływu ciepła w układzie odlew-forma-otoczenie podczas krzepnięcia objętościowego. Podano prosty model makrosegregacji, zbliżający opis matematyczny do realnych warunków fizycznych. Zaprezentowano również model krzepnięcia na poziomie pojedynczego ziarna.

EN

Typical software programmes utilized in the numerical simulation of the casting solidification in a mould are based on mathematical models which as a rule do not take into consideration the macrosegregation effect. To neglect this effect causes that some important from the thermal point of view processes will not be taken into account. In the article the investigation results in the form of numerical procedures, which complete the model of heat transfer in a casting-mould-environment system during the solidification in volume, are presented. A simple model of macrosegregation, bringing the mathematical description closer to real physical conditions, was given. The solidification model developed for a single grain was also proposed.

15

Modelling of binary alloy volumetric solidification

Mochnacki B., Suchy J. S., Prażmowski M.

Archiwum Odlewnictwa

|

2001

|

R. 1, nr 2

244--250

EN

In the paper the numerical model of heat transfer and segregation of alloy component proceeding during the volumetric solidification process is discussed. It is assumed that the temperature field in domain of casting is only time-dependent. The macrosegregation model corresponds to the lever arm and the Scheil one. In numerical realization the differential equation describing the solidification and cooling processes in casting domain is solved using the Euler method. The macrosegregation model allows to take into account the change of temperature corresponding to the beginning of solidification process.

PL

W pracy omówiono model numeryczny przepływu ciepła i makrosegregacji w procesie krzepnięcia objętościowego. Rozważano zadanie, w którym temperatura w odlewie jest tylko funkcją czasu. Model makrosegregacji odpowiada modelowi pełnego mieszania i modelowi Scheila. Odpowiednie równania różniczkowe wyprowadzone w pracy wynikają z bilansów energii i masy.