Please use this identifier to cite or link to this item: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61600
Title: Microstructure evolution and flow behaviour of molten metal during solidification of iron-containing Al-Si-Cu alloys
วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะระหว่างการแข็งตัวของโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดงที่มีเหล็กเจือปน
Advisors: Chedtha Puncreobutr
เชษฐา พันธ์เครือบุตร
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Political Science
Subjects: INTERMETALLICS
MICROSTRUCTURE EVOLUTION
ALUMINIUM ALLOYS
SOLIDIFICATION
IN-SITU X-RAY TOMOGRAPHY
COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
Issue Date: 2560
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Al-Si-Cu casting alloys are widely used in the automotive industry. However, the enrichment of iron content during recycling process of these alloys leads to the formation of ß-Al5FeSi intermetallics. This often promotes porosity formation and degrades mechanical properties of the final products. Although there have been many attempts made to neutralise the detrimental effects of ß-Al5FeSi, understanding of flow behaviour and particle blockage remains limited. This work utilises in situ X-ray tomography and numerical simulation using computational fluid dynamics (CFD) technique to investigate 3D microstructure evolution and interdendritic flow behaviour during solidification. The studies were performed on commercial Al-Si-Cu alloys with varying iron content (0.4-1.0 wt.%Fe) and different grain refinement conditions. The results illustrate that higher iron content significantly affects nucleation phenomena of ß-Al5FeSi intermetallics but has no effect on growth. The CFD results showed that ß-Al5FeSi intermetallics and Al-Si eutectic jointly block interdendritic fluid flow. An analytical expression, based on Blake–Kozeny model, was further developed for permeability prediction that considers the dependency of blocking particles. In addition, the results reveal that grain refinement affects Al dendritic structure as well as nucleation phenomena of ß-Al5FeSi intermetallics. There is, however, no evidence that it alters growth behaviour of intermetallics or their morphology. These findings could be used to develop better aluminium casting via the control of iron impurity and grain refinement.
โลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง  มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิลอะลูมิเนียม จะเกิดการเจือปนของธาตุเหล็ก เป็นสาเหตุให้เกิดเฟสสารประกอบเชิงโลหะ ß-Al5FeSi ในโครงสร้างจุลภาคที่ส่งผลต่อการเกิดโพรงหดตัวและทำให้สมบัติทางกลของวัสดุลดลง ด้วยสาเหตุนี้จึงมีความพยายามที่จะลดผลของเฟส ß-Al5FeSi ด้วยวิธีต่างๆ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษาในอดีตยังไม่เพียงพอที่จะอธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะในช่วงกึ่งแข็งกึ่งเหลวได้  งานวิจัยนี้จึงอาศัยเทคนิค in situ X-ray tomography ร่วมกับเทคนิค computational fluid dynamics (CFD) ในการวิเคราะห์วิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคระหว่างการแข็งตัว และศึกษาพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะภายในช่องแขนของเดนไดรท์ โดยทำการศึกษาในโลหะอะลูมิเนียมผสมซิลิกอนและทองแดง ที่มีส่วนผสมของเหล็กเจือปนต่างกัน (0.4-1.0 wt.%) ทั้งกรณีที่มีการเติมและไม่เติม grain refiner ผลการศึกษาพบว่า ปริมาณเหล็กเจือปนที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อพฤติกรรมในการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมในการเติบโตของเฟส ß-Al5FeSi  ผลจากแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ด้วยเทคนิค CFD แสดงให้เห็นว่า เฟส ß-Al5FeSi และโครงสร้างยูเทคติค ส่งผลร่วมกันต่อการขัดขวางการไหลของน้ำโลหะ  สมการทางคณิตศาสตร์ของ Blake-Kozeny ถูกนำมาปรับปรุงเพื่อใช้อธิบายพฤติกรรมการไหลของน้ำโลหะผลของการขัดขวางการไหล  นอกจากนั้นการศึกษาในส่วนของการเติม grain refiner พบว่า ส่งผลให้โครงสร้างจุลภาคของเดนไดรท์เปลี่ยนจากลักษณะ columnar ไปเป็น equiaxed dendrite และทำให้พฤติกรรมการไหลภายในช่องแขนของเดนไดรท์เปลี่ยนแปลงไป ผลการศึกษายังพบว่า การเติม grain refiner ส่งผลต่อพฤติกรรมการกำเนิดของเฟส ß-Al5FeSi แต่ไม่ส่งผลต่อพฤติกรรมการเติบโตและลักษณะสัณฐานวิทยาของเฟส ß-Al5FeSi  ผลการศึกษาในงานวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาโลหะอะลูมิเนียมผสมเกรดรีไซเคิล ให้มีข้อบกพร่องจากงานหล่อที่ลดลง ผ่านการควบคุมปริมาณเหล็กเจือปนและการเติม grain refiner ได้
Description: Master of Arts (Sociology in Demography) (M.A. (Sociology in Demography))
สังคมวิทยามหาบัณฑิต (สค.ม.)
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/61600
Type: Thesis
วิทยานิพนธ์
Appears in Collections:FACULTY OF ENGINEERING

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5971450621.pdf11.34 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.