شبیه سازی ریخته‌گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی با فرکانس پایین به منظور تولید بیلت‌های آلیاژ آلومینیوم 7075

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 ارگان اصلی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، صندوق پستی 11365-8486، تهران، ایران

2 اسنادیار، ارگان اصلی مواد، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، صندوق پستی 11365-8486، تهران، ایران

10.22034/frj.2022.333929.1154

چکیده

ریخته‌گری تبرید مستقیم یک روش مناسب برای تولید بیلت‌های آلومینیومی با قطر بالا است. در این روش آلومینیوم مذاب در یک قالب ریخته می‌شود و قالب به‌صورت آبگرد خنک می‌شود. باوجود بهبودهای حاصل‌شده در فرایند ریخته‌گری، همچنان عیوب ناخواسته‌ای در حین تولید محصول پدیدار می‌شود. برای مقابله با این مشکلات، از روش‌های بهبودیافته فرایند تبرید مستقیم (DC) ازجمله ریخته‌گری تبرید مستقیم با استفاده از بالاپوش (Hot top) و ریخته‌گری در حضور میدان مغناطیسی با فرکانس پایین (LFEC) استفاده می‌شود. با توجه به مزایای ریخته‌گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی، شبیه‌سازی این فرایند به‌منظور بررسی هرچه بهتر تأثیر میدان مغناطیسی بر حوضچه مذاب اهمیت پیدا می‌کند، به‌نحوی‌که قبل از هرگونه کار تجربی یک تقریب عددی از میزان تأثیرگذاری میدان مغناطیسی حاصل می‌شود. در این گزارش، شبیه‌سازی فرایند ریخته‌گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent 19.2 صورت گرفته است. خروجی شبیه‌سازی شامل پروفیل‌های توزیع دما، کسر حجمی مایع، سرعت و خطوط جریان در حالت پایدار برای ریخته‌گری DC و LFEC برای بیلت آلیاژ آلومینیوم 7075 با قطر 18 و14 اینچ و قالب‌های مربوطه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


]1 [حجازی ج.، انجماد و اصول متالورژیکی ریخته‌گری، دانشگاه علم و صنعت ایران، ۱۳۹۴.
[2] Baker P.W., McGlade P.T., Magnesium direct chill casting: a comparison with aluminium, In Essential Readings in Light Metals, 2016, 542-549.
[3] Wang F., Wang X., Cui J., Effect of low frequency electromagnetic casting on micro-structure and macro-segregation of 5A90 alloy ingots, Materials, 2020, 13(12), 2720.
[4] Vives C., Electromagnetic refining of aluminum alloys by the CREM process: part II. specific practical problems and their solutions, Metallurgical Transactions B, 1989, 20(5), 631-643.
]5 [پیروی ع.، بابایی سودانی ر.، اصفهانی ت.، هادی م.، بیات ا.، بررسی تاثیر شرایط حاصل از انجماد جهت‌دار بر ساختار و نورد پذیری آلیاژ آلومینیم 2024، پژوهشنامه ریخته‎ گری، 1400، 5، (1)، 18-9.
[6] Dong J., Cui J., Zeng X., Ding W., Effect of low-frequency electromagne field on microstructures and macrosegregation of φ 270 mm DC ingots of an Al–Zn–Mg–Cu–Zr Alloy, Materils Letters, 2005, 59(12), 1502-1506.
[7] Yubo Z., Jianzhong C., Zhihao Z., Haitao Z., Ke Q., Effect of low frequency electromagnetic field on casting crack during DC casting superhigh strength aluminum alloy ingots, Materials Science and Engineering: A, 2005, 406 (1-2), 286-292.
]8 [مومنی ح.، شبیه‌سازی ریخته‌گری تبرید مستقیم در حضور میدان مغناطیسی با فرکانس پایین برای تولید بیلت های آلومینیمی با قطر بالا، مجله­ی مواد نوین، 1393، 5، (2)، 48-33.
[9] ANSYS FLUENT 12.0 Magnetohydrodynamics (MHD) Module Manual.
[10] Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N., Transport Phenomena, 2007, New York, Wiley.
[11] Ni J., Beckermann C., A volume-averaged      two-phase model for transport phenomena during solidification, Metallurgical Transactions B, 1991, 22(3), 349-361.
[12] Alexis J., Ramirez M., Trapaga G., Jonsson P., Modeling of a DC electric arc furnace – heat transfer from the arc, ISIJ Int., 2000, 40, 11, 1089-1097.
[13] Ramirez M., Alexis J., Trapaga G., Jonsson P., Mckelliget J., Modeling of a DC electric arc furnace – mixing in the bath, ISIJ International, 2001, 41, 10, 1146-1155.
[14] Henning B., Shapir M., Le Grange L.A., DC Furnace containment vessel design using computational fluid dynamics, Proceeding of Tenth International Ferroalloys Congress, 2004.
[15] Wang F., Jin Z., Zhu Z., Numerical study of DC arc plasma and molten bath in DC electric arc furnace, Ironmaking and Steelmaking, 2006, 33, 1, 39-43.
[16] Ramirez M., Trapaga G., Garduno J., Mathematical modeling of a direct current electric arc: part II. dimensionless representation of a direct current arc, Metallurgical and Materials Transactions B., 2004, 35B, 373380.
[17] Dobatkin V.I., Anoshkin N.F., Comparison of macrosegregation in titanium and aluminium alloy ingots, Materials Science and Engineering: A, 1999, 263(2), 224-229.
[18] Zhang H., Nagaumi H., Zuo Y., Cui J., Coupled modeling of electromagnetic field, fluid flow, heat transfer and solidification during low frequency electromagnetic casting of 7xxx aluminum alloys: part 1: development of a mathematical model and comparison with experimental results. Materials Science and Engineering: A, 2007, 448
(1-2) 189-203.
[19] Wang X., Haitao Z., Yubo Z., Zhihao Z., Qingfeng Z., Jianzhong C., Experimental investigation of heat transport and solidification during low frequency electromagnetic hot-top casting of 6063 aluminum alloy, Materials Science and Engineering: A, 2008, 497 (1-2) 416-420.
[20] Zhang, H., Hiromi N., JianZhong C., Effects of low frequency electromagnetic field of multi-physical fields during DC casting of 7xxx aluminum alloys, Advanced Science Letters, 2012, 13 (1) 306-311.