Modeling the Influence of Fluid Flow on the Development of Porosity and Microstructure in Castings

Abstract

Fluid flow influences the development of porosity and microstructure in castings at several levels. Fluid flow affects the temperature distribution, and thus modifies the progression of solidification. Forced convection during mold filling may give way to thermal or solutal natural convection. Shrinkage may be fed, and in the final stages it occurs through interdendritic penetration. Macrosegregation is caused by fluid movement when the metal is partially solidified. Nucleation of the solid phase is affected by fragmentation of the dendrite branches and their transport to new sites where growth proceeds. A complete model of the solidification of castings must include all of these effects. This paper reviews programs that successfully compute each of these effects. Progress is being made on their integration into comprehensive modeling systems for foundry castings. It is important that work continue on modeling at both the macroscale and micro-scale. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

L'écoulement de fluide influence le développement de porosité et de la microstructure des moulages, à differents niveaux. L'écoulement de fluide affecte la distribution de température et modi fie ainsi la progression de la solidification. La convection forcée lors du remplissage de moule peut conduire à une convection naturelle thermale ou de soluté. Le retrait peut etre compense et, dans les etapes finales, il se produit par penétration interdendritique. La macro ségrégation est causee par le mouvement de fluide quand le metal est partiellement solidifie. La nucleation de la phase solide est affectée par la fragentation des branches de dendrites et par leur transport vers de nouveaux sites ou la croissance se poursuit. Pour etre complet, un modele de solidification de moulage doit inclure tous ces effets. Cet article revise les programmes qui calculent effectivement chacun de ces effets. On fait du progres dans leur integration en systemes detailles de modelisation de moulages de fonderie. Il est important de continuer le travail de modelisation, tant à l'echelle macroscopique que microscopique. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.