Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B 5/2022

01.07.2022 | Original Research Article

On the Prediction of Macrosegregation in Vacuum Arc Remelted Ingots

verfasst von: K. Mramor, T. Quatravaux, H. Combeau, A. Jardy, M. Založnik, I. Crassous, A. Gaillac

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions B | Ausgabe 5/2022

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The chemical homogeneity and metallurgical structure of vacuum arc remelted (VAR) zirconium ingots are directly responsible for product quality. It is therefore important to understand the relationship between these properties and the operating conditions. An in-depth analysis of the modelling of solidification phenomena during the VAR was carried out. Such model, solves a coupled set of transient equations for heat, momentum, solute transport and turbulence in an axisymmetric geometry. The remelting and cooling of a cylindrical ingot are calculated for time-dependent operating parameters. The solidification mechanisms implemented in the model can be applied to multi-component industrial alloys such as Zircaloy-4, which provides information on the macrosegregation phenomena studied in this paper. The model results were validated, based on the remelting of a specially designed chemically homogeneous Zircaloy-4 electrode. The results illustrate the importance of thermal and solute convection, the importance of the permeability of the partially solid material and the weak influence of nuclei density and solute diffusion in the solid phase on the prediction of macrosegregation in Zircaloy-4 ingots.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat A. Jardy and D. Ablitzer: Xiyou Jinshu Cailiao Yu GongchengRare Met Mater. Eng., 2006, vol. 35, pp. 119–22. A. Jardy and D. Ablitzer: Xiyou Jinshu Cailiao Yu GongchengRare Met Mater. Eng., 2006, vol. 35, pp. 119–22.
2.
Zurück zum Zitat A. Jardy and D. Ablitzer: Mater. Sci. Technol., 2009, vol. 25, pp. 163–69.CrossRef A. Jardy and D. Ablitzer: Mater. Sci. Technol., 2009, vol. 25, pp. 163–69.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat A. Wilson and A. Jardy: A Numerical Study of the Influence of Stirring Parameters on Titanium Ingot Quality Using SOLAR v4.2, vol. 1, The Japan Institute of Metals, Kyoto, 2007. A. Wilson and A. Jardy: A Numerical Study of the Influence of Stirring Parameters on Titanium Ingot Quality Using SOLAR v4.2, vol. 1, The Japan Institute of Metals, Kyoto, 2007.
4.
Zurück zum Zitat V. Venkatesh, A. Wilson, M. Kamal, M. Thomas, and D. Lambert: JOM, 2009, vol. 61, pp. 45–50.CrossRef V. Venkatesh, A. Wilson, M. Kamal, M. Thomas, and D. Lambert: JOM, 2009, vol. 61, pp. 45–50.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat P. Chapelle, A. Jardy, J.P. Bellot, and M. Minvielle: J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, pp. 5734–46.CrossRef P. Chapelle, A. Jardy, J.P. Bellot, and M. Minvielle: J. Mater. Sci., 2008, vol. 43, pp. 5734–46.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat M. Revil-Baudard, A. Jardy, F. Leclerc, M. Zaloznik, V. Rebeyrolle, and H. Combeau: CFD Modeling and Simulation in Materials Processing, Wiley, Hoboken, NJ, 2012, pp. 107–14.CrossRef M. Revil-Baudard, A. Jardy, F. Leclerc, M. Zaloznik, V. Rebeyrolle, and H. Combeau: CFD Modeling and Simulation in Materials Processing, Wiley, Hoboken, NJ, 2012, pp. 107–14.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat H. Combeau, M. Založnik, S. Hans, and P.E. Richy: Metall. Mater. Trans. B, 2009, vol. 40, pp. 289–304.CrossRef H. Combeau, M. Založnik, S. Hans, and P.E. Richy: Metall. Mater. Trans. B, 2009, vol. 40, pp. 289–304.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat B.E. Launder and D.B. Spalding: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1974, vol. 3, pp. 269–89.CrossRef B.E. Launder and D.B. Spalding: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1974, vol. 3, pp. 269–89.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat P.J. Prescott and F.P. Incropera: J. Heat Transf., 1995, vol. 117, pp. 716–24.CrossRef P.J. Prescott and F.P. Incropera: J. Heat Transf., 1995, vol. 117, pp. 716–24.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat B.V. Antohe and J.L. Lage: Int. J. Heat Mass Transf., 1997, vol. 40, pp. 3013–24.CrossRef B.V. Antohe and J.L. Lage: Int. J. Heat Mass Transf., 1997, vol. 40, pp. 3013–24.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat A. Nakayama and F. Kuwahara: J. Fluids Eng., 1999, vol. 121, pp. 427–33.CrossRef A. Nakayama and F. Kuwahara: J. Fluids Eng., 1999, vol. 121, pp. 427–33.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat M.H.J. Pedras and M.J.S. de Lemos: Int. J. Heat Mass Transf., 2001, vol. 44, pp. 1081–93.CrossRef M.H.J. Pedras and M.J.S. de Lemos: Int. J. Heat Mass Transf., 2001, vol. 44, pp. 1081–93.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat S. Hans: Ph.D. Thesis (in French), Institut National Polytechnique de Lorraine, 1995. S. Hans: Ph.D. Thesis (in French), Institut National Polytechnique de Lorraine, 1995.
14.
Zurück zum Zitat T. Quatravaux: Ph.D. Thesis (in French), Institut National Polytechnique de Lorraine, 2004. T. Quatravaux: Ph.D. Thesis (in French), Institut National Polytechnique de Lorraine, 2004.
15.
Zurück zum Zitat M. Revil-Baudard: Ph.D. Thesis (in French), Université de Lorraine, 2012. M. Revil-Baudard: Ph.D. Thesis (in French), Université de Lorraine, 2012.
16.
Zurück zum Zitat C. Beckermann and R. Viskanta: Physicochem. Hydrodyn., 1988, vol. 10, pp. 195–213. C. Beckermann and R. Viskanta: Physicochem. Hydrodyn., 1988, vol. 10, pp. 195–213.
17.
Zurück zum Zitat C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27, pp. 2754–64.CrossRef C.Y. Wang and C. Beckermann: Metall. Mater. Trans. A, 1996, vol. 27, pp. 2754–64.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat M. Založnik and H. Combeau: Comput. Mater. Sci., 2010, vol. 48, pp. 1–10.CrossRef M. Založnik and H. Combeau: Comput. Mater. Sci., 2010, vol. 48, pp. 1–10.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat K. Tveito, M. Bedel, M. Založnik, H. Combeau, and M. M’Hamdi: IOP Conf. Ser., 2012, vol. 27, p. 1012040.CrossRef K. Tveito, M. Bedel, M. Založnik, H. Combeau, and M. M’Hamdi: IOP Conf. Ser., 2012, vol. 27, p. 1012040.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat T.B. Massalski, H. Okamoto, P. Subramanian, L. Kacprzak, and W.W. Scott: Binary Alloy Phase Diagrams, vol. 1, American Society for Metals, Metals Park OH, 1986. T.B. Massalski, H. Okamoto, P. Subramanian, L. Kacprzak, and W.W. Scott: Binary Alloy Phase Diagrams, vol. 1, American Society for Metals, Metals Park OH, 1986.
21.
Zurück zum Zitat T. Quatravaux, S. Ryberon, S. Hans, A. Jardy, B. Lusson, P.E. Richy, and D. Ablitzer: J. Mater. Sci., 2004, vol. 39, pp. 7183–91.CrossRef T. Quatravaux, S. Ryberon, S. Hans, A. Jardy, B. Lusson, P.E. Richy, and D. Ablitzer: J. Mater. Sci., 2004, vol. 39, pp. 7183–91.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat G. Ghazal, A. Jardy, P. Chapelle, and Y. Millet: Metall. Mater. Trans. B, 2010, vol. 41, pp. 646–59.CrossRef G. Ghazal, A. Jardy, P. Chapelle, and Y. Millet: Metall. Mater. Trans. B, 2010, vol. 41, pp. 646–59.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat M. Založnik and H. Combeau: Int. J. Therm. Sci., 2010, vol. 49, pp. 1500–09.CrossRef M. Založnik and H. Combeau: Int. J. Therm. Sci., 2010, vol. 49, pp. 1500–09.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat P.-F. Paradis and W.-K. Rhim: J. Mater. Res., 1999, vol. 14, pp. 3713–19.CrossRef P.-F. Paradis and W.-K. Rhim: J. Mater. Res., 1999, vol. 14, pp. 3713–19.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat T. Ishikawa and P.-F. Paradis: J. Electron. Mater., 2005, vol. 34, pp. 1526–32.CrossRef T. Ishikawa and P.-F. Paradis: J. Electron. Mater., 2005, vol. 34, pp. 1526–32.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat M.J. Assael, A.E. Kalyva, K.D. Antoniadis, R. Michael Banish, I. Egry, J. Wu, E. Kaschnitz, and W.A. Wakeham: J. Phys. Chem. Ref. Data, 2010, vol. 39, p. 033105.CrossRef M.J. Assael, A.E. Kalyva, K.D. Antoniadis, R. Michael Banish, I. Egry, J. Wu, E. Kaschnitz, and W.A. Wakeham: J. Phys. Chem. Ref. Data, 2010, vol. 39, p. 033105.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat M. Revil-Baudard, A. Jardy, H. Combeau, F. Leclerc, and V. Rebeyrolle: Metall. Mater. Trans. B, 2014, vol. 45, pp. 51–57.CrossRef M. Revil-Baudard, A. Jardy, H. Combeau, F. Leclerc, and V. Rebeyrolle: Metall. Mater. Trans. B, 2014, vol. 45, pp. 51–57.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat M.C. Schneider and C. Beckermann: Int. J. Heat Mass Transf., 1995, vol. 38, pp. 3455–73.CrossRef M.C. Schneider and C. Beckermann: Int. J. Heat Mass Transf., 1995, vol. 38, pp. 3455–73.CrossRef
Metadaten
Titel
On the Prediction of Macrosegregation in Vacuum Arc Remelted Ingots
verfasst von
K. Mramor
T. Quatravaux
H. Combeau
A. Jardy
M. Založnik
I. Crassous
A. Gaillac
Publikationsdatum
01.07.2022
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions B / Ausgabe 5/2022
Print ISSN: 1073-5615
Elektronische ISSN: 1543-1916
DOI
https://doi.org/10.1007/s11663-022-02578-3

Weitere Artikel der Ausgabe 5/2022

Metallurgical and Materials Transactions B 5/2022 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.