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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 12/2018

10.09.2018

Simulation of Macrosegregation and Shrinkage Cavity in an Al-4.5 Wt Pct Cu Ingot Using a Four-Phase Model

verfasst von: Fengli Ren, Honghao Ge, Duanxing Cai, Jun Li, Qiaodan Hu, Mingxu Xia, Jianguo Li

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 12/2018

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Abstract

A four-phase dendritic solidification model is employed to calculate the formation of macrosegregation, as-cast structure, and shrinkage cavity of Al-4.5 wt pct Cu ingot. This model couples phenomena of thermal–solutal buoyancy, crystals sedimentation, shrinkage formation, heat transfer, nucleation and growth of equiaxed grains, and columnar-to-equiaxed transition. An additional air phase is introduced to feed the shrinkage cavity during the solidification. A laboratory scale ingot with Al-4.5 wt pct Cu is fabricated for the verification of the numerical simulation results. The predicted macrosegregation, characteristics of shrinkage cavity, and as-cast structure have a good agreement with the corresponding experimental results. Furthermore, various initial mold temperatures are investigated using this numerical model. It indicates that the initial mold temperature plays an important role in the macrosegregation formation by changing the solidification sequence. The higher the initial mold temperature is, the severer the macrosegregation that will occur. Meanwhile, the higher initial mold temperature is beneficial for the growth of equiaxed grains, which results in the final as-cast structures and an increased depth of shrinkage cavity.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat 1. A. Hultgren: Scand. J. Metall., 1973, vol. 2, pp. 217–27. 1. A. Hultgren: Scand. J. Metall., 1973, vol. 2, pp. 217–27.
2.
Zurück zum Zitat 2. Z. Duan, W. Tu, B. Shen, H. Shen, and B. Liu: Metall. Mater. Trans. A, 2016, vol. 47A, pp. 3597–3606.CrossRef 2. Z. Duan, W. Tu, B. Shen, H. Shen, and B. Liu: Metall. Mater. Trans. A, 2016, vol. 47A, pp. 3597–3606.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat 3. T. Fujii, D.R. Poirier, and M.C. Flemings: Metall. Trans. B, 1979, vol. 10, pp. 331–39.CrossRef 3. T. Fujii, D.R. Poirier, and M.C. Flemings: Metall. Trans. B, 1979, vol. 10, pp. 331–39.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat 4. C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2754–64.CrossRef 4. C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2754–64.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat 5. C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2765–83.CrossRef 5. C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27A, pp. 2765–83.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat 6. M. Wu and A. Ludwig: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37A, pp. 1613–31.CrossRef 6. M. Wu and A. Ludwig: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37A, pp. 1613–31.CrossRef
7.
8.
Zurück zum Zitat 8. A. Ludwig, M. Wu, and A. Kharicha: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46A, pp. 4854–67.CrossRef 8. A. Ludwig, M. Wu, and A. Kharicha: Metall. Mater. Trans. A, 2015, vol. 46A, pp. 4854–67.CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat 10. A. Ludwig and M. Wu: Metall. Mater. Trans. A, 2002, vol. 33A, pp. 3673–83.CrossRef 10. A. Ludwig and M. Wu: Metall. Mater. Trans. A, 2002, vol. 33A, pp. 3673–83.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat 11. M. Wu, A. Fjeld, and A. Ludwig: Comput. Mater. Sci., 2010, vol. 50, pp. 32–42.CrossRef 11. M. Wu, A. Fjeld, and A. Ludwig: Comput. Mater. Sci., 2010, vol. 50, pp. 32–42.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat 12. M.C. Flemings: Scand. J. Metall., 1976, vol. 5, pp. 1–15. 12. M.C. Flemings: Scand. J. Metall., 1976, vol. 5, pp. 1–15.
13.
Zurück zum Zitat 13. M. Wu, A. Ludwig, and A. Kharicha: Appl. Math. Model., 2017, vol. 41, pp. 102–20.CrossRef 13. M. Wu, A. Ludwig, and A. Kharicha: Appl. Math. Model., 2017, vol. 41, pp. 102–20.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat 14. H. Ge, F. Ren, J. Li, X. Han, M. Xia, and J. Li: Metall. Mater. Trans. A, 2017, vol. 48A, pp. 1139–50.CrossRef 14. H. Ge, F. Ren, J. Li, X. Han, M. Xia, and J. Li: Metall. Mater. Trans. A, 2017, vol. 48A, pp. 1139–50.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat 15. H. Ge, J. Li, X. Han, M. Xia, and J. Li: J. Mater. Process. Technol., 2016, vol. 227, pp. 308–17.CrossRef 15. H. Ge, J. Li, X. Han, M. Xia, and J. Li: J. Mater. Process. Technol., 2016, vol. 227, pp. 308–17.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat 16. H. Ge, F. Ren, J. Li, Q. Hu, M. Xia, and J. Li: J. Mater. Process. Technol., 2018, vol. 252, pp. 362–69.CrossRef 16. H. Ge, F. Ren, J. Li, Q. Hu, M. Xia, and J. Li: J. Mater. Process. Technol., 2018, vol. 252, pp. 362–69.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat 17. C. Beckermann and R. Viskanta: Appl. Mech. Rev., 1993, vol. 46, pp. 1–27.CrossRef 17. C. Beckermann and R. Viskanta: Appl. Mech. Rev., 1993, vol. 46, pp. 1–27.CrossRef
18.
19.
Zurück zum Zitat 19. J. Li, M. Wu, A. Ludwig, and A. Kharicha: Int. J. Heat Mass Transfer, 2014, vol. 72, pp. 668–79.CrossRef 19. J. Li, M. Wu, A. Ludwig, and A. Kharicha: Int. J. Heat Mass Transfer, 2014, vol. 72, pp. 668–79.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat 20. W. Kurz, B. Giovanola, and R. Trivedi: Acta Mater., 1986, vol. 34, pp. 823–30.CrossRef 20. W. Kurz, B. Giovanola, and R. Trivedi: Acta Mater., 1986, vol. 34, pp. 823–30.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat 21. C.Y. Wang, S. Ahuja, C. Beckermann, and H.C. de Groh III: Metall. Mater. Trans. B, 1995, vol. 26, pp. 111–19.CrossRef 21. C.Y. Wang, S. Ahuja, C. Beckermann, and H.C. de Groh III: Metall. Mater. Trans. B, 1995, vol. 26, pp. 111–19.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat W.E. Steward R.B. Bird, and E.N. Lightfoot: Transport Phenomena, John Wiley & Sons, New York, NY, 1960. W.E. Steward R.B. Bird, and E.N. Lightfoot: Transport Phenomena, John Wiley & Sons, New York, NY, 1960.
23.
Zurück zum Zitat M. Wu, A. Kharicha, and A. Ludwig: in 14th International Conference on Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes, H. Yasuda, ed., MCWASP, Hyogo, Japan, 2015, pp. 1–8. M. Wu, A. Kharicha, and A. Ludwig: in 14th International Conference on Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes, H. Yasuda, ed., MCWASP, Hyogo, Japan, 2015, pp. 1–8.
24.
Zurück zum Zitat 24. T. Wang, M. Wu, A. Ludwig, M. Abondano, B. Pustal, and A. Bührig-Polaczek: Int. J. Cast Met. Res., 2005, vol. 18, pp. 221–28.CrossRef 24. T. Wang, M. Wu, A. Ludwig, M. Abondano, B. Pustal, and A. Bührig-Polaczek: Int. J. Cast Met. Res., 2005, vol. 18, pp. 221–28.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat 25. T. Wang, T. Li, Z. Cao, J. Jin, T. Grimmig, A. Bührig-Polaczek, M. Wu, and A. Ludwig: Acta Metall. Sinica, 2006, vol. 42, pp. 591–98. 25. T. Wang, T. Li, Z. Cao, J. Jin, T. Grimmig, A. Bührig-Polaczek, M. Wu, and A. Ludwig: Acta Metall. Sinica, 2006, vol. 42, pp. 591–98.
26.
Zurück zum Zitat 26. Marshall W. Ranz: Chem. Eng. Progr., 1952, vol. 48, pp. 141–80. 26. Marshall W. Ranz: Chem. Eng. Progr., 1952, vol. 48, pp. 141–80.
27.
Zurück zum Zitat 27. F.L. Ren, J.G. Wang, H.H. Ge, J. Li, Q. Hu, H.B. Nadendla, M.X. Xia, and J.G. Li: Metall. Mater. Trans. A, 2017, vol. 48A, pp. 4453–57.CrossRef 27. F.L. Ren, J.G. Wang, H.H. Ge, J. Li, Q. Hu, H.B. Nadendla, M.X. Xia, and J.G. Li: Metall. Mater. Trans. A, 2017, vol. 48A, pp. 4453–57.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat 28. M. Ahmadein, M. Wu, J.H. Li, P. Schumacher, and A. Ludwig: Metall. Mater. Trans. A, 2013, vol. 44A, pp. 2895–2903.CrossRef 28. M. Ahmadein, M. Wu, J.H. Li, P. Schumacher, and A. Ludwig: Metall. Mater. Trans. A, 2013, vol. 44A, pp. 2895–2903.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat 29. M. Ahmadein, M. Wu, and A. Ludwig: J. Cryst. Growth, 2015, vol. 417, pp. 65–74.CrossRef 29. M. Ahmadein, M. Wu, and A. Ludwig: J. Cryst. Growth, 2015, vol. 417, pp. 65–74.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Z. Zhang: Master’s Thesis, Northeastern University, Shengyang, China, 2011. Z. Zhang: Master’s Thesis, Northeastern University, Shengyang, China, 2011.
31.
Zurück zum Zitat 31. J. Campbell: Castings, Butterworth Heinemann Ltd., Oxford, United Kingdom, 1991. 31. J. Campbell: Castings, Butterworth Heinemann Ltd., Oxford, United Kingdom, 1991.
32.
Metadaten
Titel
Simulation of Macrosegregation and Shrinkage Cavity in an Al-4.5 Wt Pct Cu Ingot Using a Four-Phase Model
verfasst von
Fengli Ren
Honghao Ge
Duanxing Cai
Jun Li
Qiaodan Hu
Mingxu Xia
Jianguo Li
Publikationsdatum
10.09.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 12/2018
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-018-4892-9

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