Концепция логнормальной дендритной неоднородности для анализа литой структуры и моделирования литейных процессов
Another Title
The concept of lognormal dendritic heterogeneity for the analysis of cast structure and modeling of casting processes
Bibliographic entry
Добош, Л. Ю. Концепция логнормальной дендритной неоднородности для анализа литой структуры и моделирования литейных процессов = The concept of lognormal dendritic heterogeneity for the analysis of cast structure and modeling of casting processes / Л. Ю. Добош, К. Д. Ле, В. М. Голод // Литейное производство и металлургия 2021. Беларусь [Электронный ресурс] : 29-я Международная научно-техническая конференция и информационная выставка : труды участников конференции / Белорусский национальный технический университет ; под общ. ред. Е. И. Маруковича ; ред.: С. В. Машканова [и др.]. – Минск : БНТУ, 2021. – С. 144-150.
Abstract
На основе статистического анализа микроструктуры в мезомасштабном исследовании серии образцов из сплавов алюминия и стали установлена адекватность логнормального распределения относительных размеров вторичных междуосных промежутков дендритов. Математический аппарат логнормального распределения, обобщенные параметры которого получены в работе, использован для расчета кинетики мезомасштабной статистической неоднородности неравновесной дендритной структуры и структурно- зависимых характеристик непрерывного скелета твердой фазы, определяющих ее прогнозируемую фильтрационную проницаемость при моделировании формирования образующихся усадочных пустот. Адекватность этих решений для многокомпонентных сплавов обеспечена путем интегрированного использования программного и информационного обеспечения для термодинамического расчета равновесных физико-химических и тепло-физических параметров сплавов, а также опубликованных экспериментальных данных по температурно-зависимым значениям коэффициентов диффузии компонентов сплава. Результаты компьютерного моделирования структурно-фазовых превращений при неравновесной кристаллизации получены путем системного анализа сопряженной капиллярно-диффузионной коалесценции вторичных дендритных ветвей в сочетании с учетом мезомасштабной эволюции температуры, доли твердой фазы и состава остаточной жидкой фазы при прогнозируемом подавлении диффузии в твердой фазе. Совместное использование указанного аппарата системного анализа в комплексе с обобщенной моделью логнормального распределения междуосных промежутков дендритных ветвей позволяет для исследуемой фасонной отливки с учетом технологических условий ее изготовления, оцениваемых на основе данных компьютерного моделирования затвердевания фасонной отливки, прогнозировать возникающую локальную структурную неоднородность и химическую микронеоднородность. Получаемая информация о локальном распределении мезомасштабных параметров дендритной структуры и их изменении в ходе затвердевания позволяет внести радикальное уточнение в оценку дефицита фильтрационного потока расплава при моделировании формирования усадочных пустот.
Abstract in another language
Based on the statistical analysis of the microstructure in a mesoscale research of a series of samples made of aluminum and steel alloys, the adequacy of the lognormal distribution of the relative sizes of the secondary interstitial spaces of dendrites was established. The mathematical apparatus of the lognormal distribution, the generalized parameters of which are obtained in the work, is used to calculate the kinetics of the mesoscale statistical inhomogeneity of the nonequilibrium dendritic structure and the
structure- dependent characteristics of the continuous skeleton of the solid phase that determine its predicted filtration permeability when modeling the formation of the resulting shrinkage voids. The adequacy of these solutions for multicomponent alloys is ensured by the integrated use of software and information support for the thermodynamic calculation of the equilibrium physic – chemical and thermophysical parameters of alloys, as well as published experimental data on temperature – dependent values of the diffusion coefficients of the alloy components. The results of computer modeling of structural- phase transformations during nonequilibrium crystallization were obtained by system analysis of conjugate capillary-diffusion coalescence of secondary dendritic branches in combination with taking into account the mesoscale evolution of temperature, the fraction of the solid phase and the composition of the residual liquid phase with the predicted
suppression of diffusion in the solid phase. The combined use of this system analysis apparatus in combination with a generalized model of the lognormal distribution of the inter-axial intervals of dendritic branches makes it possible to predict the emerging local structural heterogeneity and chemical
micro- heterogeneity for the studied shaped casting, taking into account the technological conditions of its manufacture, estimated on the basis of computer modeling of the solidification of the shaped casting. The obtained information about the local distribution of mesoscale parameters of the dendritic structure and their changes during solidification allows us to make a radical refinement in the estimation of the melt filtration flow deficit when modeling the formation of shrinkage voids.