Modeling of solidification of MMC composites during gravity casting process

Modelización de la solidificación de compuestos MMC durante el proceso de fundición por gravedad

El artículo trata de la simulación por computadora de la fundición por gravedad de los compuestos de matriz metálica reforzada con cerámica (MMC) en molde de arena. El objeto de nuestro interés es el compuesto de matriz de aluminio (AlMMC) reforzado con partículas cerámicas, es decir, carburo de silicio SiC y carbono vítreo Cg. El modelo creado describe el proceso teniendo en cuenta la solidificación y su influencia en la distribución de las partículas de refuerzo. El cálculo por ordenador se ha llevado a cabo en un sistema 2D con el uso de las ecuaciones de Navier-Stokes utilizando ANSYS FLUENT 13. Se han utilizado el enfoque de volumen de fluido (VOF) y el método de entalpía para modelizar la superficie libre aire-fluido (y también la fracción volumétrica de determinadas fases continuas) y la solidificación de la fundición, respectivamente.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, se observa un gran interés por la investigación de los procesos de fundición de diversos tipos de materiales, incluidos los compuestos de matriz metálica reforzados con partículas cerámicas. Como ejemplo podemos citar los materiales compuestos de matriz de aluminio que pueden reforzarse con una mezcla heterofásica de partículas cerámicas, por ejemplo, carburo de silicio SiC y carbono vítreo Cg. Uno de los métodos que se utiliza para estudiar el comportamiento del composite durante el proceso de colada es la colada experimental por gravedad del composite líquido en el molde de arena [1,2]. Por lo tanto, los estudios descritos en el artículo se refieren al curso del proceso de solidificación y la estructura fi nal del compuesto mediante la aplicación de simulaciones por ordenador. Las simulaciones se han realizado utilizando el programa ANSYS Fluent 13,0 que pertenece al grupo de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) [3-5]. Este programa contiene varios métodos de cálculo basados ​​en teorías probadas y ampliamente utilizadas, y técnicas relacionadas con el modelado de transferencias de masa y térmicas, sistemas multifásicos y solidificación. Además, Fluent permite al usuario implementar sus propios programas escritos en código UDF.

La investigación del proceso de fundición del material compuesto requiere tener en cuenta algunos factores que empeoran al curso de la solidificación ya la disposición final del refuerzo [4,5]. En el caso de la fundición por gravedad, los elementos tales como los campos de las fuerzas externas, por ejemplo, la fuerza de gravedad y la diferencia entre la densidad de la matriz del material compuesto y las partículas de refuerzo pueden causar la segregación del refuerzo . Durante la colada en el campo electromagnético, la flotabilidad electromagnética también afecta a la segregación del refuerzo [6].