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Surface solidification with a moving heat source: A study of solidification parameters

✍ Scribed by K.V.Rama Rao; J.A. Sekhar


Publisher
Elsevier Science
Year
1987
Weight
736 KB
Volume
35
Category
Article
ISSN
0001-6160

No coin nor oath required. For personal study only.

✦ Synopsis


The heat flow and solidification parameters, such as the temperature gradient and solid-liquid interface velocity, have been studied for the case of a moving heat source on an aluminium substrate. The problem was developed and solved for both the large initial transient and the final quasi steady state. Results indicate that exceptionally high temperature gradients may exist in the liquid pool. During the initial transient, the temperature gradient at the solid-liquid interface drops from a high value to a low one at a near constant interface velocity. These results are expected to aid in the design of solidification experiments. The predictive capacity of the model was tested by measuring the secondary dendrite arm spacing (SDAS) along the region of the initial transient on the surface of a AlAS% Cu alloy laser treated with a 5 kW laser. Results obtained showed the SDAS increasing to a steady state value only after the melt width had achieved a steady state, thus validating the theoretical conclusions of the model. RCsum~Nous avons itudit les parametres d'ecoulement de chaleur et de solidification (tels que le gradient de temperature et la vitesse de l'interface solide-liquide) dans le cas d'une source de chaleur mobile sur un substrat d'aluminium. Nous avons developpe et resolu le probleme a la fois pour I'etat transitoire initial et l'etat final quasi-stationnaire. Les resultats indiquent que des gradients de temperature exceptionnellement eleves peuvent exister dans la partie liquide. Pendant l'etat transitoire initial, le gradient de temperature a l'interface solid*liquide passe dune valeur &levee a une valeur faible pour une vitesse d'interface a peu pres constante. Nous esperons que ces resultats aideront a concevoir des experiences de solidification. Nous avons test6 l'aptitude a prediction de ce modile en mesurant l'espacement secondaire des branches de dendrites dans le domaine d'etat transitoire initial a la surface d'un alliage A14,5% Cu trait& au laser sous une puissance de 5 kW. Les rtsultats ont montre que cet espacement secondaire augmente jusqu'a une valeur de regime permanent, seulement lorsque la largeur du bain a atteint un &tat stationnaire, ce qui valide les conclusions theoriques du modele. Zusammenfassung-Die Parameter von WIrmefluB und Erstarrung, wie Temperaturgradient und Geschwindigkeit der fest-fliissigen Grenzfliche, wurden fiir den Fall einer sich iiber ein Aluminium-Substrat bewegenden Wiirmequelle untersucht. Das Problem wurde formuliert und gel&t sowohol fiir die grol3e anfingliche Transiente als such den quasi-stationlren Endzustand. Die Ergebnisse zeigen, dal3 in der Schmelze auBergew6hnlich hohe Temperaturgradienten auftreten konnen. Wahrend der anfanghchen Transienten fillt der Temperaturgradient an der fest-fliissigen Grenztllche von einem hohen auf einen niedrigen Wert bei einer fast konstanten Grenzfllchengeschwindigkeit. Es wird erwartet, dafi diese Ergebnisse die Planung von Erstarrungsexperimenten erleichtern. Die Aussagekraft dieses Modelles wurde mit einer Messung des Abstandes sekundarer Dendritenarme im Bereich der anfanglichen Transienten an der Oberfliiche einer Al4,5% Cu-Legierung, die mit einem Laser (Leistung 5 kW) behandelt worden war, gepriift. Der Armabstand stieg auf einen stationaren Wert nur an, nachdem die Schmelzweite einen stationlren Zustand angenommen hatte, womit die theoretischen Folgerungen des Modells bestltigt werden.


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