Studies of Interfacial Heat Transfer Resistances and Characterization of Strip Microstructures for Al-Mg Alloys Cast on a Single Belt Casting Simulator

Abstract

Interfacial heat transfer resistances during the solidification of aluminum-magnesium alloy strips were measured using the IHCP (Inverse Heat Conduction Problem) method. For these experiments, a small simulator of a single belt caster was used and interfacial heat fluxes and heat transfer coefficients were obtained assuming unidirectional heat flow. The influence of thermophysical properties of substrate, melt superheat and roughness of substrates on strip microstructures in the longitudinal and transverse directions were also investigated.

Experimental studies revealed that low superheats (∼ 2 °C) produced finer grain sizes (∼40μm) and homogeneous microstructures were obtained. High thermal conductivity substrates such as copper resulted in strips that were more uniform in thickness and had improved surface quality. It was also found that there was a critical substrate roughness which provided more nucleation sites at the metal/substrate interface resulting in a fine grain distribution throughout the strip produced.

On a mesuré les résistances de transfert de chaleur d’interface lors de la solidification de bandes d’alliage d’aluminium-magnésium en utilisant la méthode IHCP (problème de conduction de chaleur inverse). Pour ces expériences, on a utilisé un petit simulateur d’équipement à couler à bandechargeur unique et on a obtenu les flux de chaleur d’interface et les coefficients de transfert de chaleur, en assumant un flot de chaleur unidirectionnel. On a aussi étudié l’influence des propriétés thermophysiques du substrat, de la surchauffe du bain ainsi que de la rugosité des substrats sur les microstructures de la bande tant dans la direction longitudinale que transverse.

Les études expérimentales ont révélé que de faibles surchauffes (∼2 °C) produisaient des tailles de grain plus fines (∼40 μm) et qu’on obtenait des microstructures homogènes. Les substrats à haute conductivité thermique tel que le cuivre résultaient en bandes qui étaient plus uniformes en épaisseur et qui avaient une qualité de surface améliorée. On a aussi trouvé qu’il y avait une rugosité critique du substrat qui fournissait plus de sites de nucléation à l’interface métal/substrat résultant en une distribution de grains fins dans toute la bande produite.