Effect of centrifugal and Coriolis forces on

the mold-filling behavior of titanium melts in vertically rotating molds

اثرات نیروهای گریز از مرکز و نیروهای کوریولیس بر رفتار قالب پرکنندگی مذاب های تیتانیوم

در قالب هایی که به صورت عمودی می چرخند

ABSTRACT

The vertical centrifugal-casting technique is widely used in the manufacture of various irregularly-shaped castings of advanced structural alloys with thin walls, complex shapes and/or large sizes. These castings are used in the increasing applications in aero-space/aviation industries, human teeth/bone repairs with near-net shaped components, etc. In a vertically rotating casting system, the mold-filling processes of alloy melts, coupled with solidification-heat transfer, may be much more complicated, because they are driven simultaneously by gravity, centrifugal and Coriolis forces.

In the present work, an N-S/VOF-equations-based model, solved using a SOLA-VOF algorithm, under a rotating coordinate system was applied to numerically investigate the impacts of centrifugal and Coriolis forces on metallic melt mold-filling processes in different vertical centrifugal-casting configurations with different mold-rotation rates using an authors’ computer-codes system. The computational results show that the Coriolis force may cause remarkable variations in the flow patterns in the casting-part-cavities of a large horizontal-section area and directly connected to the sprue via a short ingate in a vertical centrifugal-casting process.

A “turn-back” mold-filling technique, which only takes advantage of the centrifugal force in a transient rotating melt system, has been confirmed to be a rational centrifugal-casting process in order to achieve smooth and layer-by-layer casting-cavities-filling control. The simulated mold-filling processes of Ti-6AI-4V alloy melt, in a vertical centrifugal-casting system with horizontally-connected plate-casting cavities, show reasonable agreement with experimental results from the literature.

 جهت دانلود رایگان نسخه لاتین این مقاله اینجا کلیک کنید .

چکیده

روش ریخته گری گریز از مرکز عمودی یکی از روش هایی است که به طور گسترده در ساخت ریختنی های با اشکال نامنظم مختلف از آلیاژهای ساختاری پیشرفته با دیواره های نازک، اشکال پیچیده و یا اندازه های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. این ریختنی ها در کاربردهای روبه فزون صنایع هوافضا، ترمیم استخوان و دندان انسان با اجزا تقریبا شبیه و … استفاده می شوند. در سیستم ریخته گری چرخشی عمودی، فرآیندهای پرکنندگی مذاب های فلزی که همراه با انتقال حرارت برای انجماد است بسیار پیچیده تر می باشد، زیرا توسط نیروهای گرانش، گریز از مرکز و کوریولیس به طورخودبخود پیش می روند.

دراین فعالیت، مدل برپایه معادلات N-S/VOF، که با استفاده از الگوریتم SOLA_VOF حل شده است، تحت سیستم مختصات چرخشی به کار گرفته شد تا به صورت عددی ضربات نیروهای گریز از مرکز و کوریولیس را روی فرآیندهای پرکنندگی مذاب های فلزی در اشکال مختلف ریخته گری گریز از مرکز عمودی با سرعت های مختلف برای چرخش قالب با استفاده از برنامه های کامپیوتری محققان مورد بررسی قرار گیرد. نتایج محاسباتی نشان می دهد که نیروی کوریولیس ممکن است باعث تغییر قابل توجهی در الگوی جریان در حفرات مورد ریخته گری در سطح مقطع افقی بزرگ شده و در یک فرآیند ریخته گری گریز از مرکز عمودی مستقیما به اسپرو (کانال ریخته گری) با یک دریچه (ingate) کوتاه متصل شده است.

روش پرکردن برگشتی قالب “turn-back”، که تنها از نیروی گریز از مرکز در سیستم ذوبی چرخشی ناپایدار بهره می برد، به عنوان فرآیند ریخته گری گریز از مرکز معقول برای دستیابی به کنترل پرشدن حفرات مورد ریخته گری به صورت لایه به لایه و صاف و هموار مورد تایید قرار گرفت. فرآیند پرکنندگی شبیه سازی شده برای آلیاژ مذاب Ti-Al-4V  در مجموعه ریخته گری گریز از مرکز عموی که به صورت افقی به حفرات مورد ریخته گری به صورت صفحه ای متصل است، نتایج منطقی را در توافق با نتایج آزمایشات عملی در مقالات نشان می دهد.

 جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.