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

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

• Auteur / Autrice : Ghislain Quillet
• Direction : Yves Fautrelle, Peter Lehmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Le modèle de Felicelli et al. A été utilisé afin de simuler la solidification colonnaire d'un alliage PbSn10% (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 10x5mm, champ rotatif pour les calculs 3D dans un cylindre 10x20mm. Les équations de conservation (énergie, quantité de mouvement, concentration, fraction liquide), moyennées en volume, sont résolues grâce au logiciel FLUENT. Une expérience de validation (de type Bridgman horizontal) sans champ magnétique a été réalisée : alliage SnBi10% et domaine parallélépipédique 10x50x60mm. Les températures instantanées sont mesurées grâce à 25 thermocouples et les ségrégations par analyses post-mortem. Les premières comparaisons entre le code numérique et l'expérience ont été réalisées.

The model of Felicelli and al. Is applied to simulate the columnar solidification of a Pb-Sn10% 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 10x5mm ingot and rotating one for 3D calculations on a 10x20mm 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-Bi10% 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 comparisons between the numerical model and the experiment have been done.