Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling of Change in Density of Nodular Cast Iron During Solidification Using Cellular Automaton

Wróbel M., Burbelko A., Gurgul D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2709--2714

EN

Density change occurring in ductile iron castings is a phenomenon far more complicated than in other casting alloys. Initially, graphite nodules grow directly from liquid phase. That is the reason for decrease in alloy density and casting expansion. Decaying carbon concentration in liquid phase adjacent to graphite nodules favours growth of austenite, which covers them isolating from the liquid. In order for graphite to grow further diffusion of carbon through thickening solid solution layer is needed. At this time expansion fades and shrinkage begins. Industrial experience shows that whether or not shrinkage defects in ductile iron castings will occur depends on wall thickness. In the paper an attempt to identify mechanism of shrinkage porosity formation in nodular iron castings during solidification was made. To that end a two-dimension simulation of binary Fe-C system solidification by cellular automaton method was carried out. Using data obtained with Thermo-CALC software, dependencies of temperature on density for each present phase were determined. For liquid phase and austenite influence of carbon concentration on density was also appended. Applying those relationships to the model, density of each individual cell of used grid as well as mean value for whole analysed region were assessed. The method allowed to consider volume fractions of phases and heterogeneity of solid and liquid solutions to find the mean density of the material. The paper presents results of computer simulation of nodular iron density change, with eutectic saturation of 0,9 to 1,1.

PL

Zmiany objętościowe zachodzące w odlewach z żeliwa sferoidalnego są zjawiskiem znacznie bardziej złożonym, niżeli w innych stopach odlewniczych. Początkowo krystalizacja kulek grafitu, która jest przyczyną zmniejszenia gęstości i występowania rozszerzalności przedskurczowej, przebiega bezpośrednio z fazy ciekłej. Zmniejszenie zawartości węgla w cieczy przylegającej do kulek grafitu sprzyja krystalizacji austenitu, którego warstwa izoluje te cząstki od cieczy. Dalszy wzrost grafitu wymaga dyfuzji węgla przez rosnącą warstwę roztworu stałego. Na tym etapie krystalizacji rozszerzalność zanika i zaczyna się skurcz. Z praktyki przemysłowej wiadomo, że o występowaniu wad skurczowych w odlewach z żeliwa sferoidalnego o takim samym składzie chemicznym decyduje grubości ścianki. W pracy podjęto próbę zidentyfikowania mechanizmu tworzenia się wad skurczowych w odlewach z żeliwa sferoidalnego podczas krystalizacji. W tym celu przeprowadzono dwuwymiarową symulację krystalizacji podwójnego stopu Fe-C za pomocą modelu wykorzystującego technikę automatu komórkowego. Na podstawie danych otrzymanych przy użyciu oprogramowania Thermo-CALC wyznaczono zależności gęstości poszczególnych faz występujących w układzie od temperatury, a dla roztworu ciekłego i stałego dodatkowo od stężenia węgla. Za pomocą otrzymanych zależności wyznaczano gęstość w poszczególnych komórkach stosowanej siatki obliczeniowej oraz średnią gęstość analizowanego obszaru. Metoda ta pozwoliła wyznaczyć gęstość materiału z uwzględnieniem udziałów objętościowych poszczególnych faz i niejednorodności roztworów ciekłego i stałego. W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowej zmian objętościowych żeliwa sferoidalnego o stopniu nasycenia eutektycznego w granicach od 0,9 do 1,1.

2

Cellular Automaton Simulation For Volume Changes Of Solidifying Nodular Cast Iron

Burbelko A., Gurgul D., Guzik E., Kapturkiewicz W.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3

2379--2384

EN

Volume changes of the binary Fe-C alloy with nodular graphite were forecast by means of the Cellular Automaton Finite Differences (CA-FD) model of solidification. Simulations were performed in 2D space for differing carbon content. Dependences of phase density on temperature were considered in the computations; additionally density of the liquid phase and austenite were deemed as a function of carbon concentration. Changes of the specific volume were forecast on the base of the phase volume fractions and changes of phase density. Density of modeled material was calculated as weighted average of densities of each phase.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji zmian gęstości żeliwa sferoidalnego w układzie dwuskładnikowym Fe-C, wykorzystując do tego celu model oparty na metodzie automatu komórkowego i różnic skończonych. Symulacje wykonane były dla dwuwymiarowej przestrzeni dla różnych zawartości węgla. Zmiany gęstości wszystkich faz uwzględniano jako zależności temperaturowe. Dodatkowo dla cieczy i austenitu uwzględniono też zależność gęstości od zawartości węgla. Przy obliczaniu zmian objętości właściwej układu brano pod uwagę gęstości poszczególnych faz oraz ich udział objętościowy.

3

Heat exchange in the system mould–riser–ambient. Part I: Heat exchange coefficient from mould external surface

Krajewski P. K., Zovko-Brodarac Z, Krajewski W. K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 3

833--835

EN

The subject of the paper is heat exchange in the system casting - riser - ambient. The examinations were focused on evaluating temperature dependence of the coefficient of heat exchange from mould external surface (or from riser thermally insulated surface) to ambient. The examinations were carried out for the surface temperatures of 200-800°. On the basis of the performed examinations it was stated that the relationship αext:eff vs. surface temperature can be described by a polynomial of 3rd degree with accuracy of 90-95% and that the αext:eff coefficient significantly depends on the examined material mass density.

PL

Praca dotyczy określenia temperaturowej zależności współczynników, opisujących intensywność wymiany ciepła w układzie odlew - nadlew - forma odlewnicza - otoczenie. Na podstawie pomiarów temperatury i bilansów cieplnych określono wartości sumarycznego współczynnika wymiany ciepła do otoczenia z powierzchni nagrzanej warstwy ochronnej (izolacyjnej) górnej powierzchni nadlewu, w zakresie temperatury 200-800°. Uzyskano zależności o stosunkowo dobrym dopasowaniu, na poziomie R2 (0.9-0.95). Porównawcza analiza wyników dla dwóch zbadanych materiałów, różniących się gęstością masy i pojemnością cieplną, wykazała, iż nie ma prostej zależności pomiędzy nimi, to jest wartość sumarycznego współczynnika wymiany ciepła nie zmienia się wprost proporcjonalnie do iloczynu gęstości masy i pojemności cieplnej. Uzyskane wyniki mogą być wykorzystane do określenia warunków początkowo-brzegowych w konstruowanych modelach numerycznych wymiany ciepła w układach odlew - nadlew - forma odlewnicza - otoczenie.

4

Heat exchange in the system mould - riser - ambient. Part II: Surface heat emission from open riser to ambient

Krajewski P. K., Gradowski A., Krajewski W. K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1149--1153

EN

The subject of the paper is heat exchange in the system casting - riser - ambient. The examinations were focused on evaluating temperature dependence of the coefficient of heat exchange from open (not shielded) top surface of riser to ambient. The examinations were carried out on the open surface of cast steel riser, of temperatures 1000-1500°C. On the basis of the performed examinations it was stated that heat emission coefficient changes its mean values by about 50% during feeding process of the mild steel casting, i.e. from about 0.28 in liquid state to about 0.42 at temperatures close to solidus. This wide range of surface heat emissivity changes should be taken into account when boundary conditions are formulated in elaborated models of solidification and in designing risering systems.

PL

Przedmiotem artykułu jest wymiana ciepła w systemie odlew - nadlew - otoczenie. Celem badań było wyznaczenie temperaturowej zależności współczynnika wymiany ciepła z odkrytej, nieizolowanej powierzchni nadlewu do otoczenia. Badania wykonano dla odlewu staliwnego z odkrytym nadlewem, dla zakresu temperatury powierzchni nadlewu 1000-1500°C. Na podstawie wykonanych badań stwierdzono, iż współczynnik emisji ciepła z nieizolowanej powierzchni nadlewu do otoczenia zmienia swą wartość w badanym zakresie temperatury o około 50%, tj. od około 0.26 - 0.30 dla metalu w stanie ciekłym do około 0.42 - 0.46 dla metalu w stanie stałym, w pobliżu temperatury solidus. Powyższy szeroki zakres zmian emisyjności powinien być uwzględniany w budowanym modelach symulacji procesu krzepnięcia i projektowania systemów zasilania krzepnących odlewów.

5

Increase of liquid metal utilization during production of bearing circle castings for cement furnaces

Zadera A., Senberger J., Carbol Z., Pluhaček J.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 2

111-116

EN

In manufacture of super heavy castings for cement furnaces a saving of liquid metal has been achieved by lowering the riser weight. By solidification modelling with the aid of the Niyama criterion a zone in the riser was designated where the occurrence of foundry defects (shrinkage porosity) can be expected. A plate of the material of dimensions ca 700*800*250 mm was taken from the riser. After thermal treatment the samples for making the bars for the static tensile test were taken from it. Based on done tests it has been found out that mechanical characteristics obtained from the static tensile test correlate, besides contraction, in the chosen level of statistical importance of p = 0.01 with carbon content. Neither in the zone of probable occurrence of defects designated by the Niyama criterion during solidification modelling the drop of strength characteristics was observed. Carbon content in a decisive extent influenced the strength characteristics. In case of ductility and contraction the convenient correlations with carbon content were observed from the riser height of 200 mm only. In the height of 400 mm there was already considerable variation of values and some values were lower ones than is demanded by standards.

6

Evaluating the influence of selected parameters on sensitivity of a numerical model of solidification

Sczygiol N., Dyja R.

Archives of Foundry Engineering

|

2007

|

Vol. 7, iss. 4

159-164

EN

Presented paper contains evaluation of influence of selected parameters on sensitivity of a numerical model of solidification. The investigated model is based on the heat conduction equation with a heat source and solved using the finite element method (FEM). The model is built with the use of enthalpy formulation for solidification and using an intermediate solid fraction growth model. The model sensitivity is studied with the use of Morris method, which is one of global sensitivity methods. Characteristic feature of the global methods is necessity to conduct a series of simulations applying the investigated model with appropriately chosen model parameters. The advantage of Morris method is possibility to reduce the number of necessary simulations. Results of the presented work allow to answer the question how generic sensitivity analysis results are, particularly if sensitivity analysis results depend only on model characteristics and not on things such as density of the finite element mesh or shape of the region. Results of this research allow to conclude that sensitivity analysis with use of Morris method depends only on characteristic of the investigated model.

7

Klaster obliczeniowy Politechniki Częstochowskiej i jego zastosowanie do modelowania zagadnień krzepnięcia odlewów

Wyrzykowski R., Karczewski K., Tomaś A., Lamch D.

Informatyka Teoretyczna i Stosowana

|

2001

|

R. 1, nr 1

17-30

PL

Przedstawiono szczegóły budowy eksperymentalnego klastra obliczeniowego Politechniki Częstochowskiej. Jego pierwsza wersja zawiera 18 procesorów Pentium III 750 MHz, tworzących 9 węzłów SMP. Węzły te zostały połączone za pomocą specjalizowanej wysoko wydajnej sieci MYRINET. Zaprezentowano rezultaty testów wydajnościowych klastra, wykorzystując do tego celu oprogramowanie typu public-domain. Zademonstrowano możliwości, jakie daje zastosowanie klastra i przetwarzania równoległego do modelowania krzepnięcia odlewów na podstawie metody elementów skończonych.

8

Modelling of solidification using the control volume method

Szopa R., Siedlecki J.

Krzepnięcie Metali i Stopów

|

2000

|

R. 2, nr 44

349--354

EN

In the paper the control volume method is applied for numerical modelling of thermal processes proceeding in the system casting-mould. In particular, the oblique hot spot of L type (α=60º) is considered. The control volumes in the shape of equilateral triangles (2D problem is considered) are introduced. The balance equations concern the solidification of pure metal (e.g. aluminium). In the final part the example of computations is shown.

PL

W pracy przedstawiono algorytm metody bilansów (metody objętości kontrolnych) przystosowany do modelowania krzepnięcia odlewów, a w szczególności węzła cieplnego typu L o kącie rozwarcia 60º. Obszar podzielono na objętości kontrolne w kształcie trójkątów równobocznych (zadanie 2D), podano równania bilansów dla etapów stygnięcia i krzepnięcia. Pokazano przykład realizacji numerycznej (odlew aluminiowy).