Étude de l'influence du mouvement et de la croissance des grains équiaxes sur la macroségrégation en coulée semi-continue d'aluminiumSimulation en ergonomie

Study of the influence of movement and the growth of grains on the equiaxed macrosegregation in direct-chill casting of aluminum

• Auteur / Autrice : Najat Houti-Lefay
• Direction : Hervé Combeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Procédés de fabrication

Aluminium

Mots clés libres

Modélisation

Solidification

Germination

Coulée semi-continue

Mouvement de grains

Croissance de grains

Transfert thermique

Résumé

La prédiction des structures de solidification est d'un grand intérêt pour le fabriquant d'aluminium. Dans le cas du processus de coulée semi-continue de l'aluminium des phénomènes qui se produisent à différents échelles influencent la formation des macro et micro structures: germination, fragmentation, des branches de dendrites, croissance de grains et le mouvement des grains ainsi que leur histoire thermique à l'échelle microscopique. Dans le cadre du projet Vircarst, nous avons développé un modèle de croissance et de mouvement de groupe de grains en respectant le couplage entre les échelles micro et macro. Le mouvement et la croissance des grains sont calculés en utilisant les données d'entrées de l'extraction de la chaleur locale et des champs de vitesse calculés à partir de l'équation en 3D : de la chaleur, de conservation de la masse et de la quantité de mouvement en coulée semi-continue. Ce modèle prédit la distribution de la taille de grains, le DAS et la morphologie au plan de sortie de la coulée. A la fois le phénomène de l'inoculation et la fragmentation sont pris en compte, par une loi de germination dans le volume de la particule et par un flux régulier à travers la surface de la particule

The prediction of the macro and microstructures obtained at the end of the solidification is of great interest for the manufacturer of aluminium. In the case of the aluminium DC casting process, phenomena occurring at different scales influence the formation of the macro and microstructures: inoculation, fragmentation of dendrite arms, and growth of the grains at a microscopic scale; motion of the grains and their thermal history at a macroscopic scale. A model of growth and motion of groups of grains has been developed in the frame of the VIRCAST project. This model is simplified with regards to the coupling between the macro and micro scales. The motion and the growth of the grains are calculated using as input data the local heat extraction and the velocity fields computed from a 3D computation of heat, mass and momentum transfers in a DC casting. This model predicts the distribution of grain size, secondary dendrite arm spacing and morphology at the outlet of the casting. Both inoculation and fragmentation phenomena are taken into account