Caratterizzazione e simulazione di processi di colata in sabbia di ghise sferoidali

L’oggetto principale delle attività di tesi è la caratterizzazione numerico-sperimentale di processi di colata in sabbia di ghisa sferoidale. Inizialmente è stata effettuata un’approfondita indagine bibliografica per comprendere appieno le problematiche relative all’influenza dei parametri del processo fusorio (composizione chimica, trattamento del bagno, velocità di raffreddamento) sulle proprietà microstrutturali e meccaniche di getti ottenuti e per valutare lo stato dell’arte degli strumenti numerici di simulazione delle dinamiche di solidificazione e di previsione delle microstrutture. Sono state definite, realizzate ed impiegate attrezzature sperimentali di colata per la caratterizzazione di leghe rivolte alla misura ed alla differenziazione delle condizioni di processo, in particolare le velocità di raffreddamento, ed atte a validare strumenti di simulazione numerica e modelli previsionali. Inoltre sono stati progettati ed impiegati diversi sistemi per l’acquisizione ed analisi delle temperature all’interno di getti anche di grandi dimensioni. Lo studio, mediante analisi metallografica, di campioni di materiale ottenuto in condizioni differenziate ha confermato l’effetto dei parametri di processo considerati sulle proprietà microstrutturali quali dimensioni dei noduli di grafite e contenuto di ferrite e perlite. In getti di grandi dimensioni si è riscontrata anche una forte influenza dei fenomeni di macrosegregazione e convezione della lega su microstrutture e difettologie dei getti. Le attività si sono concentrate principalmente nella simulazione numerica FEM dei processi fusori studiati e nell’impiego di modelli empirico-analitici per la previsione delle microstrutture. I dati misurati di temperature di processo e di microstrutture sono stati impiegati per la validazione ed ottimizzazione degli strumenti numerici previsionali impiegati su un ampio intervallo di condizioni di processo. L’impiego di strumenti affidabili di simulazione del processo fusorio, attraverso l’implementazione di correlazioni sperimentali microstrutture-proprietà meccaniche, permette la valutazione di proprietà e difettologie dei getti, fornendo un valido aiuto nell’ottimizzazione del prodotto finito e del relativo processo produttivo.

Method for determining reaction rate of mild steel containers during melting of magnesium-aluminium alloys and effect of aluminium content on directionally solidified microstructures

A magnesium alloy of eutectic composition (33 wt-'%Al) was directionally solidified in mild steel tubes at two growth rates, 32 and 580 mum s(-1,) in a temperature gradient between 10 and 20 K mm(-1). After directional solidification, the composition of each specimen varied dramatically, from 32'%Al in the region that had remained solid to 18%Al (32 mum s(-1) specimen) and 13%Al (580 mum s(-1) specimen) at the plane that had been quenched from the eutectic temperature. As the aluminium content decreased, the microstructure contained an increasing volume fraction of primary magnesium dendrites and the eutectic morphology gradually changed from lamellar to partially divorced. The reduction in aluminium content was caused by the growth of an Al-Fe phase ahead of the Mg-Al growth front. Most of the growth of the Al-Fe phase occurred during the remelting period before directional solidification. The thickness of the Al-Fe phase increased with increased temperature and time of contact with the molten Mg-Al alloy. (C) 2003 Maney Publishing.

An experimental study of the effects of double-diffusive convention processes during the solification of binary alloys

Experiments were conducted to show the effects of thermal and geometric boundary conditions on the liquid pool of a binary alloy system which is undergoing phase change, solidification. Transparent analogue solutions were selected for study and experimental apparatus were designed and built. Thermal distribution and concentration data were collected and analysed for the melt pool of various selected geometries and boundary conditions of the systems under study. The data indicate-that characteristic flows develop for both Hypereutectic and Hypoeutectic concentration levels and that the development of macrosegregation and microsegregation defects in continuous casting materials can be minimised by the adjustment of the process variables.