Numerical Modelling of Macrosegregation Formed During Solidification With Shrinkage Using a Level Set Approach

Résumé : La macroségrégation est un défaut connu dans les procédés de coulées industrielles. La genèse de ce défaut est la conséquence de l'interaction complexe entre la microségrégation ou la distribution des espèces chimiques à l'échelle de la microstructure et les mouvements des phases liquide et solides. Les hétérogéneités de concentration en solutés à l'échelle de la pièce peuvent être rédhibitoires vis-à-vis de la qualité du produit.Dans ce travail, on propose un modèle numérique pour simuler et prédire la formation des macroségrégations en coeur des pièces d'alliages multi-constitués, induites par des variations thermiques et solutales dans la phase liquide. Dans un premier temps, on considère que le métal solidifie à volume constant. Dans ce contexte, la convection thermosolutale est étudiée ainsi que son influence sur la formation des canaux ségrégées à différentes échelles de modélisation. Dans un deuxième temps, le modèle vise à prédire les macroségrégations en présence de changement de volume du métal, dont la cause principale est le retrait à la solidification, pouvant être à l'origine du phénomène de ségrégation inverse. La surface entre le métal et le gaz environnant au cours du retrait évolue pendant le retrait en fonction du chemin de solidification qui varie avec la macroségrégation. Cette évolution d'interface est suivi par la méthode level set. Des prédictions de concentration moyenne, couplées aux bases de données thermodynamiques pour mieux prédire les chemins de solidification des alliages multi-constitués, sont analysées et comparées avec des résultats expérimentaux. Finalement, des calculs de solidification en microgravité sont présentées, simulant un essai expérimental dans le contexte du projet CCEMLCC lancé par l'Agence Spatiale Européenne. Les résultats en fin de solidification montrent un accord acceptable quant à la forme et l'élongation des échantillons solidifiés. Ces calculs sont faits avec des approximations binaire, ternaire et quaternaire d'une même nuance d'acier utilisée dans les essais en microgravité.
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Thèse
Materials. PSL Research University, 2016. English. 〈NNT : 2016PSLEM026〉
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Soumis le : vendredi 21 juillet 2017 - 09:35:06
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Ali Saad. Numerical Modelling of Macrosegregation Formed During Solidification With Shrinkage Using a Level Set Approach. Materials. PSL Research University, 2016. English. 〈NNT : 2016PSLEM026〉. 〈tel-01566430〉

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