Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Porównanie właściwości półwyrobów wykonanych ze stopu AlSi7Mg przeznaczonych do formowania tiksotropowego

Krakowiak Marlena

Przemysł Chemiczny

|

2023

|

T. 102, nr 12

1417--1421

PL

Formowanie tiksotropowe łączy zalety procesów kucia i odlewania, co stwarza potencjał technologiczny i ekonomiczny do wytwarzania półwyrobów o dużej wytrzymałości i jednocześnie skomplikowanych kształtach, przy stosowaniu mniejszej liczby operacji. Wpracy przedstawiono wyniki analizy porównawczej materiału wsadowego do procesu formowania tiksotropowego. Badania przeprowadzono zarówno dla stopu AlSi7Mg po odlewaniu metodą konwencjonalną oraz magnetohydrodynamiczną (MHD), jak i dla materiału uzyskanego metodą konsolidacji proszków. Celem badań było, poza wykazaniem różnic w budowie i właściwościach półwyrobów uzyskanych tymi metodami, określenie ich przydatności do procesów przeróbki plastycznej z udziałem fazy ciekłej.

EN

The properties of the alloy obtained by consolidation of AlSi7Mg powders carried out in a spark plasma furnace in a vacuum atm., at a pressure of 50 MPa and at 520°C were compared with those of AlSi7Mg alloy castings obtained using the conventional method (without mixing) and using magnetohydrodynamic mixing (MHD). Differences in the microcrystalline structure and properties of semi-finished products obtained by these methods were demonstrated by SEM and EDS anal. and plastometric tests. The material obtained as a result of powder consolidation was susceptible to deformation at elevated temps.

2

Numerical Modelling of Phase Diagrams of Copper Alloys for Optimization of Semi-Solid Forming

Madetko Arkadiusz, Sołek Krzysztof, Drożdż Paweł

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 2

689--696

EN

Processing of metal alloys in semi-solid state is a way of producing many near net-shape parts and nowadays is commercially successful. Particular behaviour of alloys in the partially liquid state, having non-dendritic microstructure, is a base for thixoforming processing. Processing materials in the semi-solid state concerns alloys with relatively wide solidification range. Thermodynamic modelling can be used as a one of a potential tools that allow to identify alloys with proper temperature range. It means that the key feature of alloys suitable for thixoforming is a widely enough melting range, allowing for precise control of material temperature. The data gathered from thermodynamics calculations can also pay off in the industrial thixoforming processes design. The goal of this paper is to identify copper alloys which can be successfully shaped in the semi-solid state. Apart to thermodynamic calculations, the observations on high temperature microscope was carried out. During experiments the solidus, liquidus and also deformation temperatures can be determined. An experimental work allows confirming results obtained within the confines of thermodynamic calculations and firstly to determine the deformation temperatures which are the optimal for shaping processes. The basic achievement of this work is an identification of copper alloy groups possible for shaping in the semi-solid state. At the first part of the paper, the basic criteria of suitable alloys were described. Next, both the solid fraction curves for copper alloys with different alloying elements using ProCAST software and the phase diagrams were determined to identify the solidification temperature ranges of these alloys. In the second part of these paper, the identification of the deformation temperatures was carried out with use of high temperature microscope observation.

3

Thixoforming of high-melting-point alloys

Sołek K.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 43, no. 4

249--268

EN

Processing of steel in the semi-solid state concerns mainly continuous casting and thixoforming processes. Continuous casting is usually applied within the confines of steel making processes. Due to stringent process requirements, thixotropic forming of steel alloys has not been practically applied in industry yet. However, it is believed that this method could be used for forming selected products. Thixoforming could be treated as alternative method of production for forging techniques in the case non-plastic alloys. In this paper the method of development of globular microstructure, thixoforming process and analysis of rheological properties of selected steels were described.

PL

Procesy formowania tiksotropowego stopów aluminium oraz magnezu znajdują zastosowanie w praktyce przemysłowej. Ze stopów aluminium w ten sposób wykonuje się szereg elementów, między innymi na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego. Kształtowanie w stanie stałociekłym stopów magnezu jest realizowane z wykorzystaniem technologii nazywanej thixomolding, pozwalającej kształtować elementy produkowane na potrzeby na przykład przemysłu elektronicznego. Procesom formowania tiksotropowego stopów metali wysokotopliwych takich jak stale lub stopy Co-Cr-Ni towarzyszy szereg trudności powodowanych wysoką temperaturą formowania, dlatego tiksoformowanie tych stopów nie znalazło jak dotąd praktycznego zastosowania. Obecnie realizuje się szereg badań naukowych, których celem jest wyeliminowanie trudności technicznych oraz obniżenie kosztów tych procesów. W tej pracy zostały omówione metody rozwoju struktury globularnej, procesy formowania tiksotropowego oraz właściwości reologiczne wybranych stali.

4

Identification of the steel viscosity and dynamic yield stress for the numerical modelling of casting simulations in the semi-solid state

Solek K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 1

195--200

EN

Conditions of some casting processes cause flow of both liquid and semi-liquid metal alloys inside the die cavity. Generally, the continuous casting, squeeze casting or thixoforming could be classified as such processes. Design or optimisation of casting technology using numerical simulations requires knowledge of the rheological properties. The main objective of the experimental work, presented in this publication, is an analysis of the viscosity of 1.2080 (X210Cr12) high carbon steel in liquid and semisolid state. The secondary purpose of the experimental work was a development of the viscosity models used in continuous casting and thixoforming simulations. The significant achievement of this particular study was identification of thixotropy phenomenon which occurs not only during thixoforming, but also during magnetohydrodynamic stirring in continuous casting processes.

5

Rheology of StelliteTM 21 Alloy in Semi-Solid State

Sołek K., Kapranos P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 4

1901--1908

EN

The main objective of this study was to conduct an analysis of the rheological properties of StelliteTM 21 alloy in the semi-solid state, as the results could be used for identifying the appropriate temperature range for thixoforming of this alloy, and a secondary objective of the experimental work was the development of mathematical model of the alloy’s apparent viscosity. Such viscosity models are necessary for numerical simulations of the thixoforming processes. The StelliteTM 21 alloy exhibits high hardness and thus shaping in the semi-solid state is promising route of production of parts from this alloy. Within the confines of experimental work the measurement methods of the rheological properties at high temperatures was developed. They are based on the use of specially designed viscometer equipped with high temperature furnace.

6

Odlewanie tiksotropowe - nowoczesna technologia wytwarzania zaawansowanych materiałów konstrukcyjnych

Rogal Ł.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 12CD1

19--22

PL

W pracy omówiono technologię formowania stopów metali z zakresu stało-ciekłego. Przedstawiono kryteria termo-fizyczne jakimi powinien charakteryzować się stop przeznaczony do procesu oraz metody przygotowywania struktury globularnej w fazie ciekłej oraz stałej. Na przykładzie stopu aluminium z serii Al7075 oraz wysokowęglowej stali martenzytycznej określono wpływ zastosowania modyfikatorów na właściwości mechaniczne, mikrostrukturę oraz zakres temperatur pomiędzy solidusem a likwidusem.

EN

The paper describes Semi-Solid Metal Processing (SSM) of aluminum alloy and steel. The thermo-physical properties of alloys at semi-solid temperature range and methods globular microstructure preparation were discussed. Influence of modifier on mechanical properties, microstructure and solidus-liquidus range in Al7075 aluminum alloy and H18 martensitic steel was studied.

7

Rheological Analysis of Semi-Solid A380.0 Aluminium Alloy

Solek K., Szczepanik S.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2613--2618

EN

Knowledge of the rheological properties is crucial for the numerical modeling of technological processes. The main objective of this study was to conduct an analysis of the rheological properties of A380.0 (AlSi9Cu3(Fe)) aluminium alloy in the semi-solid state. The results could be used for identification of temperature range of the alloy, where thixoforming processes could be executed. Another purpose of the experimental work could be development of the mathematical models of the alloy apparent viscosity. The significant achievement of this particular study is an application of a viscometer which was specially designed for material tests executed at high temperatures, such as the measurement of liquid or semi-liquid aluminium viscosity. This paper presents the results of a rheological analysis of aluminium alloy.

PL

Wiedza dotycząca właściwości reologicznych jest istotna w zagadnieniach modelowania procesów technologicznych. Nadrzędnym celem pracy jest analiza właściwości reologicznych stopu aluminium A380.0 (AlSi9Cu3(Fe)) w stanie stałociekłym. Otrzymane wyniki mogą służyć do wyznaczenia zakresu temperatur, w którym analizowany stop moży być poddawany procesowi formowania tiksotropowego. Dodatkowo wyniki te mogą być wykorzystane do opracowania matematycznego modelu lepkości pozornej badanego stopu. Jednym z osiągnięć tej pracy jest praktyczne zastosowanie lepkościomierza rotacyjnego do pomiaru lepkości ciekłego oraz stało-ciekłego stopu aluminium. W pracy przedstawiono wyniki pomiarów lepkości.

8

Effect of casting procedures in the structure and flow behaviour of semisolid A356 alloy

Proni C. T. W., Robert M. H., Zoqui E. J.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2015

|

Vol. 73, nr 2

82--93

EN

Purpose: Evaluation of different casting methods to produce raw material for thixoforming, aiming costs reduction in the production of thixoformable alloys. Reduction of costs may stimulate the commercial use of the semisolid processing technology (SSM). Design/methodology/approach: It is analysed the effect of different casting routes in the microstructure features in semisolid A356 alloy, and in its rheological behaviour. Different casting procedures were investigated: a) pouring in water cooled Cu mould; b) same as „a)” adding electromagnetic stirring; c) same as „a)” adding mechanical vibration; d) same as „b)” with addition of grain refiner; e) same as „c)” with addition of grain refiner. Cast materials were reheated to the semisolid sate and the effect of different holding times upon the globularization of the primary phase was analysed for each cast structure. The semisolid material in each condition was evaluated concerning rheological behaviour. Mechanical properties of thixoformed products were evaluated using flexion tests. Findings: Despite the several methods currently in use to produce raw material for thixoforming, this work shows that the best combination of quality of thixoformable material/ production cost /process operationality can be achieved using casting in permanent mould, under water cooling and mechanical vibration. Resulting cast material under this condition presents grain size smaller than 100 μm, ideal for SSM. Lower the grain size, lower the primary globule size and higher the roundness of the primary phase particle and lower the apparent viscosity of the semisolid. In the best condition achieved, apparent viscosity measured was circa 105 Pa.s (similar to the working range for glass), leading to a probable homogeneous die filling during thixoforming in high pressure die casting machines (HPDC). Research limitations/implications: Regardless the best microstructure for SSM resulting from casting under mechanical vibration, it is still necessary to reach the optimum casting condition in terms of vibration in order to improve, even more, refinement of the microstructure. Practical implications: The suggested process is a simple technique to reduce costs in the production of raw material for thixoforming. The technology is easily implementable in industries. Originality/value: The development of a simple, original, low cost method to produce raw material for SSM technology.

9

Globular microstructure formation in X210CrW12 steel for semi solid processing using plastic deformation or boron modification

Rogal Ł., Dutkiewicz J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 3

751--755

EN

Semi-solid processing (SSP) belongs to advance method of forming metal alloys in the solidus-liquidus range. Such technology requires a fine globular microstructure in a semi-solid range, which can be produced by numerous methods. The present paper focuses on two methods of preparation of a globular microstructure in X210CrW12 tool steel as a possible way of preparation of feedstock for thixoforming: hot plastic deformation (SIMA), and modification with boron. DSC analysis allowed to establish the amount of liquid phase fraction vs temperature. Samples were heated up to the semi-solid temperature range - 1230°C, which corresponds to 17% (SIMA) and 30% (modified) of the liquid fraction. Then they were rapidly cooled. The obtained microstructures of samples were investigated for their suitability for SSP. The microstructure of X210CrW12 steel prepared by SIMA shows a globular microstructure with average grain size 57 μm. The samples after modification with 0.08% (weight pct) boron also feature a globular microstructure with the size of 46 μm. The grains possess an austenitic structure and are surrounded by an eutectic mixture.

PL

Formowanie tiksotropowe jest jedną z nowoczesnych metod kształtowania mikrostruktury stopów żelaza w zakresie temperatur solidus-likwidus. W procesie tym wymagany jest globularny kształt ziaren fazy stałej w zakresie stało-ciekłym. W pracy na przykładzie stali X210CrW12 przedstawiono dwie metody przygotowania mikrostruktury tiksotropowej poprzez: odkształcenie plastyczne powyżej temperatury rekrystalizacji (SIMA) oraz modyfikacje dodatkiem - 0,08%wag boru. Przeprowadzono analizę DSC w zakresie solidus-likwidus, która umożliwiła wyznaczenie udziału fazy ciekłej w funkcji temperatury. Próbki zostały nagrzane do 1230°C, która odpowiadała 17% fazy ciekłej dla stali X210CrW12 po odkształceniu (SIMA) i 30% w przypadku stali modyfikowanej, a następnie szybko schłodzone w wodzie. Przeprowadzono charakterystykę mikrostruktury w celu oceny jej przydatności do tiksoformowania. Badania potwierdziły, że dla metody przygotowania stopu wyjsciowego metoda SIMA wystepowały globularne ziarna o średniej wielkości 57 μm. W przypadku stali X210CrW12 po modyfikacji dodatkiem boru, również obserwowano sferoidalne ziarna roztworu stałego o rozmiarze 46 μm.

10

Effect of Mn contents on age-hardening and microstructure in AM60 magnesium alloys

Tsuchiya T., Kawabata T., Saikawa S, Isizuki H, Takeda S., Ikeno S., Matsuda K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

327--328

EN

The thixotropy phenomenon is strongly connected with the change of viscosity in time, while the of Navier-Stockes equation. The micro- and macroscale models are coupled using CAFE approach.

PL

Zjawisko tiksotropii polega na zmianie lepkości cieczy przy ustalonej prędkości ścinania i temperaturze. W komputerowym modelowaniu zachowania się materiału wykazującego skończonych.

11

Processing and properties of AA7075/ porous SiO2-MgO-Al2-O3- composite

Robert M. H., Jorge A. F.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 54, nr 1

7--15

EN

Purpose: the work presents a new composite based in Al matrix reinforced with porous, lightweight and low cost SiO2-/MgO/Al2-O3- ceramic particles. The new material can present a unique combination of properties: those related to metal/ceramic composites and still associating some characteristics of cellular materials, as the low density and high plastic deformation under compression stresses. Design/methodology/approach: processing technique involves the infiltration of AA7075 alloy in the semisolid thixotropic state into a layer of porous ceramic particles. Products were analyzed by X-ray tomography, optical and electronic microscopy to observe microstructure and metal/ceramic interfaces. Density was measured by He picnometry; semi-static compression tests were performed to evaluate the deformation ability of the material. Thermal properties were theoretically evaluated. Findings: concerning the production method, thixoinfiltration is a feasible processing route, with no difficult control of parameters and does not rely on specific and onerous equipment. Moreover, it is flexible to different alloys. Concerning the product, low density composites can be produced with good dispersion of reinforcement and reliable internal quality; this material presents a plateau of plastic deformation at low stresses under compression, signalizing a potential application as energy absorbers. Theoretical simulations show also good thermal insulation ability. Research limitations/implications: as a new product, the full characterization of properties of the new composite is still to be achieved. Therefore, the full potential of commercial application is to be determined. The product can present limitations for application involving tensile stresses due to poor metal/ceramic interfaces. Practical implications: the thixoinfiltration can represent an alternative, low cost processing route for low density composites. The new composites presented are low weight and low cost material, presenting a unique combination of properties which can bring a whole new application field, as low cost, low density components for energy absorption and thermal insulation. Originality/value: both the processing route and the material produced - a low density metal/ceramic composite, using porous ceramic particulates as reinforcement, are new concepts under development by the proposing group at FEM/UNICAMP.

12

Experimental investigations and numerical models of tool steel during semisolid forming

Macioł P., Zalecki W., Kuziak R., Jakubowicz A.

Computer Methods in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, No. 1

141-147

EN

The main aims of the work were to determine material characteristics of cold work tool steel, grade 21 OCR 12 in semisolid forming conditions, as well as developing of numerical model of this steel. Moreover, possibilities of application of Computational Fluid Dynamic methods and solid mechanics modelling techniques were tested. Methodology and results of experimental investigation is described. The results of experiments were then utilized for developing series of numerical simulations. Two sets of simulations are presented, based on the Computational Fluid Dynamics or solid mechanic modelling methods. Comparison of experimental and numerical results is presented, as well as comparison of CFD and structural mechanics based numerical models.

PL

Zasadniczym celem pracy było wyznaczenie charakterystyk stali narzędziowej 21 OCR 12, formowanej w warunkach stałociekłych, a także opracowanie modeli numerycznych dla tej stali. Ponadto, zweryfikowane zostały możliwości stosowania metod dynamiki płynów (Computational Fluid Dynamics, CFD) oraz metod modelowania odkształcania ciał stałych do modelowania procesów formowania w stanie stałociekłym. Opisane zostały metodologia oraz wyniki prac doświadczalnych. Wyniki te zostały wykorzystane do opracowania symulacji numerycznych. Przedstawiono symulacje oparte na metodach CFD oraz oparte na modelach ciał stałych. W pracy porównano wyniki osiągnięte za pomocą metod doświadczalnych i symulacyjnych, jak również porównano wyniki uzyskane z metod CFD i strukturalnych.

13

An analysis of steel viscosity in the solidification temperature range

Sołek K., Korolczuk-Hejnak M., Karbowniczek M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 3

593-598

EN

The main objective of this study was to conduct an analysis of the rheological properties of steel in a semi-solid state. The results were used for the development of mathematical models of the apparent viscosity. Knowledge of the rheological properties is crucial for the numerical modeling of technological processes. Shaping in the semi-solid state, also known as thixoforming processes, is an innovative method of processing metal alloys and has a great many advantages in comparison with classical metal forming and foundry processes. Nowadays, research is conducted with the practical application of this method in steel processing [1,2] as its goal. The most significant achievement of this particular study is the application of a viscometer which was specially designed for material tests executed at extremely high temperatures, such as the measurement of liquid or semi-liquid steel viscosity. This paper presents the results of a rheological analysis of 100Cr6 (PN ŁH15) tool steel. It was performed using a rotational viscometer with a stationary external cup.

PL

Głównym celem pracy była analiza właściwości reologicznych wybranej stali w stanie stało-ciekłym. Otrzymane wyniki zostały wykorzystane do opracowania modelu matematycznego lepkości pozornej. Znajomość własności reologicznych jest konieczna w numerycznym modelowania procesów kształtowania metali. Przeprowadzona w tym przypadku analiza będzie służyć do modelowania procesów formowania stopów żelaza w stanie stało-ciekłym, nazywanych również procesami formowaniem tiksotropowego. Procesy te biorą swoją nazwą od zjawiska tiksotropii jakie zachodzi w trakcie odkształcenia stało-ciekłego metalu. Zjawisko to przejawia się zależnym od czasu zachowaniem materiału, dla którego lepkość pozorna zmniejsza się wraz ze wzrostem czasu odkształcenia oraz ponownie wzrasta do poprzedniej wartości po jego zaprzestaniu i jest wynikiem transformacji, którą można zdefiniować jako odwracalną przemianę żelu (stop, w którym faza stała występuje w postaci spójnego szkieletu zanurzonego w fazie ciekłej) w zol (stop posiadający strukturę globularną), zachodzącą pod wpływem oddziaływania mechanicznego (mieszanie, wstrząsy). W rezultacie następuje zniszczenie przestrzennej sieci żelu, co powoduje jego upłynnienie (spadek lepkości pozornej), czyli przejście w zol. Skutkiem formowania tiksotropowego jest przekształcenie struktury dendrytycznej w strukturę globularną, co ma zasadniczy wpływ na własności mechaniczne wyrobu gotowego. Zasadniczym osiągnięciem tej pracy jest wykorzystanie do pomiaru lepkości stali wiskozymetru, specjalnie zaprojektowanego do badań materiałów w wysokich temperaturach. Analiza reologii stopów żelaza w stanie stało-ciekłym wymaga zastosowania specjalnych wiskozymetrów wyposażonych w piece, których temperatura robocza zawiera się w przedziale od 1000 do 1500°C. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem wiskozymetru rotacyjnego z nieruchomym cylindrem zewnętrznym. Testy lepkości zostały poprzedzone doborem odpowiedniego kształtu tygla i wrzeciona oraz materiału, z którego zostały one wykonane, wytrzymującego temperatury ciekłej stali. Podstawowym kryterium doboru kształtu narzędzi było osiągnięcie prędkości odkształcenia postaciowego w zakresie do 20 s-1 w którym w trakcie pomiaru nie występuje zjawisko przepływu turbulentnego. Do pomiarów wykorzystano narzędzia wykonane z Al2O3. W pracy przedstawione zostały wyniki analizy reologicznej stali narzędziowej z gatunku 100Cr6 (PN ŁH15). Wyniki te obejmują zależności lepkości od prędkości odkształcenia postaciowego oraz temperatury. Biorąc pod uwagę sposób przeprowadzenia testów, polegający na równomiernym mieszaniu można założyć, że pomiar lepkości dotyczył stopu, w którym zaszła przemiana tiksotropowa. Przeprowadzone badania pozwalające wyznaczyć własności reologiczne konieczne również do ustalenia wartości podstawowych parametrów technologicznych w procesach kształtowania tiksotropowego. W chwili obecnej prowadzi się szereg badań, których celem jest wdrożenie tej metody w przetwórstwie stopów żelaza. Formowanie tiksotropowe jest nowatorską metodą przetwórstwa stopów metali, posiadającą szereg zalet w porównaniu do klasycznych metod stosowanych w plastycznej przeróbce oraz odlewnictwie.

14

Thixoinfiltration: a new approach to produce cellular and other low density metallic materials

Robert M. H., Jorge A. F., Gatamorta F., Silva R. R.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2010

|

Vol. 40, nr 2

180-187

EN

Purpose: the work presents an innovative approach for the production of cellular metallic materials as well as low density metal matrix composites, by using thixoforming techniques; thixotropic semisolid metal is infiltrated into removable and non-removable space holder preforms. Different kinds of preforms are tested to obtain open cell material (sponges), syntactic foams and low density composites. Products are evaluated concerning relative density and mechanical behavior under compressive stresses. Design/methodology/approach: Al alloy AA2011 was infiltrated in the semisolid state into preforms of sintered NaCl particles, sintered glass spheres, vermicular ceramic particles and porous ceramic granulates. After solidification, preforms were either removed by leaching (NaCl) resulting in open cell cellular product, or not (all others), resulting in composites of low density. Tomography tests were used to observe internal quality, and semi-static and dynamic compression tests were performed to evaluate the deformation ability of the material. Findings: results show that thixoinfiltration is a simple and low cost technique to produce different types of low density, porous material. Open cell material as well as syntactic foams and low density composites can be produced with reliable internal quality and dispersion of cells and reinforcement. Composites containing porous reinforcements can present some mechanical characteristics of the conventional cellular metals. Research limitations/implications: as all new developments, the complete understanding of the influence of processing variables upon the final quality of the product, as well as its consistency, must be provided before the technology can be widely used commercially. Practical implications: the technique can represent an alternative, low cost processing route for the fabrication of sponges, foams and low density composites, which can avoid restrictions and operational difficulties of presently available manufacturing processes based in liquid manipulation or powder sintering methods. Originality/value: infiltration of appropriate preforms by thixotropic metallic alloys to produce low density composites and cellular material is a new technique under development by the proposing group at FEM/UNICAMP.

15

Analiza właściwości reologicznych stali w stanie stało-ciekłym

Korolczuk-Hejnek M., Karbowniczek M., Sołek K.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2010

|

Vol. 77, nr 9

464-467

PL

Głównym celem pracy była analiza właściwości reologicznych stali w stanie stało-ciekłym. Otrzymane wyniki zostały wykorzystane do opracowania modelu atematycznego lepkości pozornej. Znajomość własności reologicznych jest konieczna do przeprowadzenia numerycznego modelowania procesów technologicznych. Procesy kształtowania w stanie stało-ciekłym, nazywane również formowaniem tiksotropowym, są nowatorską metodą przetwórstwa stopów metali, posiadającą szereg zalet w porównaniu do klasycznych metod stosowanych w plastycznej przeróbce oraz odlewnictwie. W chwili obecnej prowadzi się szereg badań, których celem jest wdrożenie tej metody w przetwórstwie stopów stali [1, 2]. Zasadniczym osiągnięciem tej pracy jest wykorzystanie do pomiaru lepkości stali wiskozymetru specjalnie zaprojektowanego do badań materiałów w skrajnie wysokich temperaturach. W pracy przedstawione zostały wyniki analizy reologicznej stali narzędziowej z gatunku NC11 (EN X210Cr12). Analiza została przeprowadzona przy wykorzystaniu wiskozymetru rotacyjnego z nieruchomym cylindrem zewnętrznym.

EN

The main objective of this work was an analysis of the rheological properties of steel in the semi-solid state. The results were used for development of the mathematical models of the apparent viscosity. A knowledge of the rheological properties is crucial for numerical modeling of technological processes. Shaping in the semi-solid state, also called thixoforming processes, is innovative method of processing of metal alloys, having a lot of advantages in comparison with the classical metal forming and foundry processes. Nowadays, some research are conducted which goal is the practical application of this method in steel processing [1,2]. The main result of this work is the application of the viscometer, which was specially designed for the material tests executed in extremely high temperatures, in the measurement of steel viscosity. This paper presents the results of the rheological analysis of X210Cr12 (PN NC11) tool steel. It was performed using a rotational viscometer with a stationary external cup.

16

The Influence of Segregation Phenomena on Quality of Product in Extrusion Process

Skorulski G., Piwnik J., Baranowski P.

Archives of Foundry Engineering

|

2010

|

Vol. 10, iss. 3 spec.

251--254

EN

The segregation phenomena and formation of agglomerate have the basic influence on structure of the final product. The aim of this work is analyzing the phenomena of segregation in semi-solid extrusion process, using several kind of substitute materials, which can simulate the thixotrophic fluid behavior and displacement of solid particles. The experimental researches are made to investigation of segregation in the near-wall layers and the formation of agglomerate. Especially, the distribution of the solid particles at the end of extrusion process have been taken into consideration. Theoretical criteria describe the critical value of the energy liberated at the surfaces by the action of forces depends on the temperature, the pressure, the yield stress and the physical state and degree of intimacy of the contacting surfaces. The theory has been tested experimentally using a silicon polymer as a substitute material. Experimental stand with a Plexiglass die was prepared, such that the velocity fields at the surfaces could be observed and measured during plastic flow, allowing the empirical coefficients in the mathematical formulation to be estimated. On the basis of the theory and experiment an optimal die chamber was designed for a die with a complex shape.

17

Fizyczne i numeryczne modelowanie procesów formowania tiksotropowego

Sołek K. P., Kuziak R., Białobrzeski A.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2009

|

z. 226

123-128

PL

W pracy zostały przedstawione, w formie opisowej, podstawowe rezultaty modelowania numerycznego oraz fizycznego procesów formowania tiksotropowego stopu aluminium A356 oraz stopu stali SW7M. Celem pracy jest identyfikacja podstawowych cech charakteryzujących płynięcie materiału w procesach kształtowania w stanie stałociekłym. Wiedza o zachowaniu materiału implikuje wytyczne jakie determinują opracowanie technologii w zakresie projektowania narzędzi oraz warunków procesów jakie się na tą technologię składają. Modelowanie numeryczne zostało wykonane z wykorzystaniem opracowanego w pracy modelu procesu w ramach oprogramowania komercyjnego FORGE3®. W modelu tym własności mechaniczne materiału, dla warunków występujących w procesie, zostały opisane z wykorzystaniem jednofazowego modelu występującego w prawie Nortona-Hoffa. Wartości parametrów tego modelu zostały wyznaczone z wykorzystaniem danych eksperymentalnych. Użyte modele materiałowe zostały opracowane przy pomocy testów materiałowych opartych na procesach wyciskania i spęczania wykonanych na symulatorze GLEEBLE. W oparciu o model numeryczny przeanalizowano szczegółowo powstawanie wad w postaci niekompletnych, przedwcześnie zakrzepniętych odlewów aluminium, jakie otrzymano w procesie wysokociśnieniowego odlewania. Odtworzenie zjawiska tych wad w oparciu o model numeryczny umożliwia zrozumienie zachowania materiału w rzeczywistych procesach tiksotropowych.

EN

Numerical simulations and experiments of aluminium and steel alloy thixoforming processes are discussed. The aim of the work is to detect the major features of the flow behaviour in semi-solid processing in order to improve in the future designing dies and selecting manufacture conditions. Commercial software FORGE3® is employed to carry out numerical simulations. A one-phase Norton-Hoff model is used to describe mechanical properties of the material during processing. Rheological parameters required for this model are determined using experimental data. The constitutive equations used are developed with the help of compression and extrusion tests executed on a machine GLEEBLE. Manufacturing of low-temperature incomplete casts using a pressure die casting machine is analysed in detail. It is shown that by comparing low temperature simulated casts with experimental casts one may learn important information on actual behaviour of the material during thixoforming.

18

Investigations on the suitability of some ferrous alloys for semi-solid processing

Robert M. H., Galdino A. G. S.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 34, nr 2

188-195

EN

Purpose: the work analyses the thixoability of SAE 1070, SAE 1548 and SAE 4340 steels; the possibility of producing thixotropic semi-solid by partial melting of these alloys and the phase transformations taking place during the process. Design/methodology/approach: thixoability was characterized by differential scanning calorimetry (DSC) to determine transformation temperatures involving liquid formation and dfl/dT within the solidification range. Thixotropic slurries were produced by heat treatments at different temperatures above Ts, and distinct holding times. Microstructures were analysed by RX diffractometry, optical and electronic microscopy and EDS microanalysis. Findings: results show that the three alloys investigated present high thixoability, given by wide solidification ranges associated with affordable sensitivity of liquid fraction with temperature within these ranges. Higher thixoability is presented by SAE 1070, followed by SAE 1548 and SAE 4340. Results show also that is perfectly feasible the production of thixotropic slurries of all investigated alloys, by simply heating to temperatures where a liquid phase can be present. Spheroidisation of solid primary phase is fast and increasing holding time at the semi-solid temperature leads to excessive growth of the globules in the thixocast material. Research limitations/implications: thixoability prediction models rely on sensitive experiments as thermoanalysis, with results strongly dependent on experimental conditions; and on thermodynamic data, sometimes not available or reliable for a specific alloy composition. Practical implications: the prediction of the thixoability of a certain alloy can make it more effective its thixoprocessing, allows better control of processing parameters and of the quality of final product. The viability of producing thixotropic semi-solid of ferrous alloys by simple partial melting can definitively insert these families of metallic alloys in the semi-solid processing field. Originality/value: ferrous alloys have become part of the thixoforming scenario more recently, when compared to aluminium and magnesium alloys. Therefore, the study of the thixoability of three commercial steels can bring important information as far as their utilization in thixoforming processing is concerned.

19

Modelling of thixoforming using CFD methods

Macioł P., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2009

|

Vol. 76, nr 8

617-619

EN

Main advantages and disadvantages of thixoforming are presented in the paper. Materials, which are presently used for thixoforming are described, as well. A short review of numerical methods dedicated recently to thixoforming modelling, is also included, dividing them into two groups – structural and Computational Fluid Dynamic methods. Internal Variable Convection method, which combines main advantages of both groups, is introduced IVC. Numerical models of two tests, as well as results of computations are shown. The first it the test designed to determine a semi-solid metal viscosity with a rotational viscometer. The second one is a filling of a T-shape mould. Main disadvantages, as well as expected improvements of the presented software are described in the paper.

PL

W artykule opisano wady i zalety technologii tiksoformingu, a także materiały stosowane w tej technologii. Omówiono obecnie stosowane techniki modelowania komputerowego procesów tiksoformingu, uwzględniając ich podział na metody wywodzące się z modelowania odkształcenia ciał stałych i z dynamiki płynów. Zaproponowano metodę Konwekcji Zmiennej Wewnętrznej, łączącą zalety obu tych metodologii. Przedstawiono wyniki numerycznych symulacji doświadczeń wykonywanych w celu wyznaczenia lepkości metalu w stanie stało-ciekłym oraz symulacji wypełniania formy T-kształtnej. Omówiono najistotniejsze wady obecnego rozwiązania oraz możliwości ich wyeliminowania.

20

Application of internal variable convection for modelling of T-shape mould filling

Macioł P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2009

|

Vol. 9, no 4

67-74

EN

Numerical methods for thixoforming modelling are shortly reviewed in the paper. Present applications, especially for thixotropy phenomena modelling, are presented. Advantages and disadvantages of methods based on solid mechanics or computational fluid dynamics are pointed out. Internal Variable Convection (IVC) method is introduced as an alternative for classical Lagrangian or Eulerian methods. Numerical simulations of T-shape mould filling, based on the data taken from literature, are shown. Presented results confirm possibilities of thixoforming processes modelling with Internal Variable Convection method. However, some deficiencies of the present solution are pointed out in the paper as well. It concerns mainly material front tracking methods and treatment of boundary layer. Some ways to resolve existing constraints, as well as plans for future are presented.

PL

W pracy omówiono metody komputerowe obecnie stosowane do modelowania procesów tiksoformingu, ze szczególnym uwzględnieniem zjawiska tiksotropii. Analizowano zagadnienia związane z modelowaniem przepływów cieczy tiksotropowych przy zastosowaniu opisu kinetyki Lagrange’a lub Eulera. Zaproponowano nową metodę konwekcji zmiennej wewnętrznej, która pozwala na modelowanie takich przepływów w oparciu o rozwiązanie zagadnienia konwekcji dodatkowo wprowadzonej zmiennej, opisującej stan materiału. Przedstawiono symulacje procesu wypełnienia formy T-kształtnej, oparte na doświadczeniu opisanym w literaturze. Przedstawione wyniki potwierdzają możliwość modelowania procesów tiksoformingu w oparciu o metodę konwekcji zmiennej wewnętrznej. W artykule przedstawiono jednak także istotne niedoskonałości obecnie stosowanej metodyki, szczególnie w zakresie modelowania frontu materiału i warstwy przyściennej. Wskazano również perspektywy rozwoju metody i kroki planowane w celu poprawy jakości rozwiązania.