Influence de la convection, naturelle ou forcée, sur l'apparition des mésoségrégations lors de la solidification des alliages métalliques - Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Influence of buoyancy and electromagnetically driven flows on the mesosegregations during the solidification of metal alloys

Influence de la convection, naturelle ou forcée, sur l'apparition des mésoségrégations lors de la solidification des alliages métalliques

Résumé

The model of Felicelli and al. is applied to simulate the columnar solidification of a Pb-Sn 10% alloy. Slow-cooling conditions in a vertical Bridgman type solidification promote the formation of channel segregation. Our objective is to study how these segregations are influenced by laminar flows driven both by buoyancy and by AC fields : travelling one for 2D calculations on a 10x5 mm ingot and rotating one for 3D calculations on a 10x20 mm cylinder. The space-averaged equations for conservation of energy, momentum, mixture solute and liquid fraction are solved by means of the FLUENT package. A benchmark experiment has been achieved with a parallelepipedic box 10x50x60 mm of a Sn-Bi 10% alloy without electromagnetic forces in a horizontal Bridgman type solidification. The instantaneous temperature is recorded thanks to 25 thermocouples and solute segregations are analysed on the final solidified ingots. First comparaisons between the numerical model and the experiment have been done.
Le modèle de Felicelli et al. a été utilisé afin de simuler la solidification colonnaire d'un alliage Pb-Sn 10% (configuration de type Bridgman vertical). Un refroidissement lent favorise l'apparition de canaux ségrégés. Le but est d'étudier l'influence d'écoulements laminaires, en convection naturelle et en convection électromagnétique, sur ces ségrégations : champ glissant pour les calculs 2D dans un rectangle 10x5 mm, champ rotatif pour les calculs 3D dans un cylindre 10x20 mm. Les équations de conservation (énergie, quantité de mouvement, concentration, fraction liquide), moyennées en volume, sont résolues grâce au logiciel FLUENT où elles ont été implantées. La convection forcée d'origine électromagnétique influence et modifie le positionnement des ségrégations, plus particulièrement celui des canaux ségrégés. Une expérience de validation (de type Bridgman horizontal) sans champ magnétique a été réalisée : alliage Sn-Bi 10% et domaine parallélépipédique 10x50x60 mm. Les températures instantanées sont mesurées durant le processus de solidification grâce à des thermocouples disposés sur les grandes faces du lingot et les ségrégations étudiées par analyses post-mortem (radiographie, cartes de concentration, fraction eutectique, macrostructures). Les premières comparaisons entre le code numérique et l'expérience ont été réalisées.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-01331644 , version 1

Citer

Ghislain Quillet. Influence de la convection, naturelle ou forcée, sur l'apparition des mésoségrégations lors de la solidification des alliages métalliques. Electromagnétisme. INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01331644⟩

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