Solidification thermal parameters and dendritic growth during the horizontal directional solidification of Al-7wt.%Si alloy

Abstract

The main purpose of this work is to investigate the influence of thermal parameters such as growth rate (V L) and cooling rate (T R) on the primary dendrite arm spacings (λ1) during the horizontal transient directional solidification of Al-7wt.%Si hypoeutectic alloy. The primary dendrite spacings were measured along the length of the samples and correlated with these thermal parameters. The variation of dendrite spacings is expressed as a power law function of V L and T R given by the formulas λ1 = 55(V L)-1.1 and λ1 = 212 (T R)-0.55, respectively. A comparative study between the results of this work and those from the literature proposed to investigate these dendrite spacings during the upward and downward vertical directional solidification of Al-7wt.%Si alloy is also conducted. Finally, the experimental data are compared with some predictive dendritic models from the literature.

Influência na microestrutura e na microdureza decorrente da adição de 4%Ag na liga Al-4%Cu solidificada unidirecionalmente

“…Observa-se, em ambos casos, um alto coeficiente de correlação (R 2 > 0.8) entre os pontos e as curvas correspondentes. Os expoentes -1.1 e -0.55 que caracterizam as leis experimentais de λ 1 em função de V L e de Ṫ, respectivamente, foram também constatados para diversos sistemas binários como: Al-Cu, Al-Fe, Al-Ni, Al-Si, Al-Sn, Pb-Sb e Sn-Pb [7,[17][18][19]. De forma semelhante ao realizado para λ 1 , procurou-se estabelecer correlações entre as medidas experimentais de λ 2 e os parâmetros térmicos V L e Ṫ, conforme mostram as Figuras 8(a) e 8(b).…”

Relationship Between Aluminum-Rich/Intermetallic Phases and Microhardness of a Horizontally Solidified AlSiMgFe Alloy

“…These parameters are used to determine the effects of the solidification conditions, notably by the thermal parameters among which the growth rate (V L ) and cooling rate (T R ). It is a consensus from the works reported in the literature [2][3][4][5][6] that the mathematical expressions that characterize the dependence of the dendritic spacings with the solidification thermal parameters are described by the following general formula λ 123 =Constant. (V L , T R ) a , where the constant and exponent values depend on the types of alloys and the growth direction (vertical/horizontal) of the solidification process.…”

“…It is evidenced from the literature that most studies on directional solidification consider the upward direction, where the direction of the gravity is parallel to that of heat extraction, but contrary to the advance of solidification, promoting better thermal stability to the process 2,5,6,8,9,17,18,23,[25][26][27]31,36 . On the other hand, in horizontal solidification, the gravity is perpendicular to the heat flow and solidification advance direction and, in this case, thermal instabilities are always present due to the effects of thermal and solutal convections 3,4,21,25,28,37 . In a recent study 25 , the Al-4wt%Si-6wt%Si alloy was solidified upwards and horizontally and the effect of the gravity has been discussed, where microanalyses by EDS compositons have shown that the dendritic microstructure is more refined, and that the results of the microssegration demonstrated that in upward solidification the Si is more confined between the interdendritic branches reducing the λ 1 and λ 2 values.…”

CRESCIMENTO DENDRÍTICO TERCIÁRIO DA LIGA Al-3%Cu-5,5%Si DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO DIRECIONAL HORIZONTAL TRANSIENTE

“…Estudos recentes têm analisado a significativa influência das condições térmicas envolvidas na transformação líquido/sólido, tais como velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V L ), tempo local de solidificação (t LS ) e taxa de resfriamento (T R ), sobre os aspectos Observa-se que a maioria dos estudos sobre solidificação direcional tem se dedicado a investigar a formação de estruturas dendríticas considerando dispositivos com as configurações verticais ascendente e descendente. Recentemente, pesquisas têm sido conduzidas visando a verificação dos efeitos do vetor gravidade em relação à formação dos espaçamentos dendríticos por meio de experimentos realizados na configuração horizontal (Nogueira et al, 2012;Carvalho et al, 2013;Carvalho et al, 2014). Uma característica interessante do sistema horizontal durante a mudança de fase é o gradiente de concentração de soluto bem como os efeitos de densidade na direção vertical, pois o líquido enriquecido de soluto sempre decanta ao passo que o solvente tende a emergir devido às forças de flutuabilidade.…”

“…Uma característica interessante do sistema horizontal durante a mudança de fase é o gradiente de concentração de soluto bem como os efeitos de densidade na direção vertical, pois o líquido enriquecido de soluto sempre decanta ao passo que o solvente tende a emergir devido às forças de flutuabilidade. Além disso, devido os efeitos impostos pela convecção termossolutal, sempre ocorrerá um gradiente de temperatura na direção vertical (Carvalho et al, 2013;Carvalho et al, 2014). É importante ressaltar que pesquisas relacionadas à evolução microestrutural, utilizando sistemas de solidificação horizontal ainda são bastante raras na literatura (Atwood e Lee, 2003;Voller, 1998;Costa et al, 2015), e destacar a inexistência de correlações entre as variáveis térmicas de solidificação e o comportamento de λ 3 para ligas ternárias nesta configuração.…”