In this study, two semi-analytical models of microsegregation were developed to predict the concentration fields of solute in the liquid and solid regions for dendritic solidification of binary metallic alloys. Both models assume that the growing dendrites are cylindrical in shape. This assumption is more realistic compared to the common assumptions of plate-like dendrites that most of the earlier researchers employed in their microsegregation modeling study. The solute redistribution profile, in the developing solid layer, necessary to determine the back diffusion parameter was derived from Fick's second law for the model without coarsening. The application of this parameter in a wide range of conditions and the use of its basic form in the model with coarsening was verified. The concept of coordinate transformation and enhancement of back-diffusion Fourier number were used in deriving the model which took into account the coarsening of dendrites. The models are then extended to deal with rapid solidification, peritectic transformations and multi-component systems and the results were compared with relevant experimental data. A good agreement between the model predictions and experimental results was found. / The second part of this study was focused on developing a fully numerical microsegregation model. The numerical model built upon a previously proposed phase change model which relied upon a coordinate transformation technique. The model was extended to deal with moving boundaries with solute diffusion. A suitable computational procedure was developed to solve the model equations which are strongly coupled to each other. To verify the accuracy of the present algorithm with regard to the capability of tracking the moving interfaces, analytical solution of the Stefan problem was used for verification purposes. A good agreement between the model predictions and the analytical solution was found. Evolution of concentration fields during solidification was calculated in the growing solid as well as in the shrinking liquid regions for rectangular, cylindrical and spherical dendrite geometries. The effects of various cooling conditions and relevant parametric values on microsegregation were analyzed and discussed.

No description available.

Thesis. 1977. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Electrical Engineering and Computer Science. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Bibliography : p. 185-189. / by Robert J. Woodham. / Ph.D.

För att kunna prediktera fel under processen precisionsgjutning, används simulering som ett verktyg att bestämma hur detaljer skall gjutas. Det finns flertalet parametrar som är möjliga att manipulera eller ändra. För att komma så nära ett verkligt scenario som möjligt behöver dessa parametrar optimeras mot verkligheten. Syftet med detta arbete är att analysera faktorer som påverkar värmeöverföring för att sedan presentera optimeringsförslag åt TPC Components AB mot de gjorda mätningarna. Detta görs för att kunna förutsäga till exempel hur snabbt ett föremål kyls i processen och hur det påverkar det slutgiltiga resultatet. Resultat från de optimerade simuleringarna jämförs mot ett praktiskt försök och även TPC Components tidigare standard utvärderas mot arbetets optimerade simuleringar. En viktig fråga är att undersöka varför simuleringsprogrammet inte blir identiskt med verkligheten och hur detta undersöks. Känslighetsanalyser utgör därmed en stor del av arbetet och det är av vikt att undersöka enskilda parametrar för att få en uppfattning om vad som påverkar resultatet och vad som går att bortse från. Resultatet av arbetet visar att ändrade parametrar för indata vid precisionsgjutning i TPC Components AB:s vakuumprocess har resulterat i en mer pålitlig simulering. Simuleringen bygger nu på vetenskapliga bevis och faktiska uppmätningar under processen för att kunna simulera så likt verkligheten som möjligt. Arbetet resulterar i att färre gjutförsök innan godkänt tillvägagångssätt för nya detaljer behövs, då simulering kommer att visa resultat närmare verkligheten. Arbetet har förbättrat TPC Components simuleringsarbete vilket kommer påverka både arbetstid, kostnader och miljö på ett positivt sätt. / Simulation of investment casting play a big role for prediction of problems in the process. TPC Components AB need their simulations to be optimised against the practical process in order to get results as close as possible to the results from real practice. This thesis is mapping the parameters sensitivity against TPC’s earlier standards to put forward what parameters the result is depending on. The optimization of the parameters is towards measurement of heat and time and practical trial in order to get a scientific ground. The heat transfer for complicated structure needs to be simulated in order to get a reasonable value to work with. Results shows that TPC’s earlier model of simulation have lack of measurement and important parameters are based on assumptions. The work done gave TPC a model closer to the real practice which can both mean faster decisions of how to cast new products and less costly practical trials.