Issue |
Metall. Res. Technol.
Volume 111, Number 5, 2014
Topical Issue on Solidification
|
|
---|---|---|
Page(s) | 283 - 293 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/metal/2014031 | |
Published online | 30 October 2014 |
A molecular dynamics simulation study of semi-solid-state Fe: high temperature elasticity and void formation in liquid
1 Mines-Paristech, Centre de Mise en
Forme des Matériaux, BP 207, 06904
Sophia-Antipolis,
France
e-mail: bernard.monasse@mines-paristech.fr
2 Present
address: Renault DIMat, 78288
Guyancourt,
France
Received:
30
December
2013
Accepted:
26
June
2014
Hot tearing defects appear during the last steps of casting solidification of dendrites. The crystalline structure traps a small amount of liquid metal, which is depressed, and cavities are spontaneously initiated. Molecular dynamics (MD) simulations of pure iron are able to predict, on one hand, the high temperature elastic modulus of crystals, and on the other hand, the cavitation event in liquid metal and near the solid-liquid growth front. High values of elastic tensor components are predicted close to the melting temperature. We conclude that a weakening of the mechanical properties of the crystal is not the reason for failure initiation. The crystals are thinned by partial melting as the effect of negative pressure increases. The cavitation is spontaneously initiated under a very high negative pressure. The cavity expands very quickly and applies a pressure wave to the thinned crystals. We propose that this crystal thinning/pressure wave coupling is able to initiate cracks inside the crystal.
Résumé
La fissuration à chaud des aciers apparaît durant les derniers stades de la solidification des structures dendritiques. La structure cristalline est largement développée et piège une faible quantité de métal fondu qui est mise en dépression et cavite. La dynamique moléculaire (DM) de fer pur permet de prévoir, d’une part, l’évolution du module élastique du cristal à très haute température et, d’autre part, les conditions de cavitation du métal à l’état fondu et à proximité du cristal. Une valeur très élevée du module élastique est prédite même à la température de fusion. Ce n’est certainement pas la cause de l’amorçage de la fissuration. Elle est recherchée dans le phénomène de cavitation. Les cristaux fondent partiellement par l’application d’une dépression. Pour une très forte pression négative la cavitation est amorcée. Le volume de la cavité croit très rapidement vers des cristaux amincis et applique une onde de pression. Nous proposons que ce couplage amincissement/onde de pression peut amorcer la fissuration.
Key words: Molecular dynamics / elasticity / cavitation / iron / crystallization
Mots clés : Dynamique moléculaire / élasticité / cavitation / fer / cristallisation
© EDP Sciences 2014
Current usage metrics show cumulative count of Article Views (full-text article views including HTML views, PDF and ePub downloads, according to the available data) and Abstracts Views on Vision4Press platform.
Data correspond to usage on the plateform after 2015. The current usage metrics is available 48-96 hours after online publication and is updated daily on week days.
Initial download of the metrics may take a while.