Effect of the nozzle diameter and melt velocity at the tundish outlet on solidification along microstructural and mechanical properties of the cooling slope casted AZ91 Mg alloy

ABSTRACT

Experiments were carried out for investigating the effect of the nozzle diameter and melt velocity on solidification along microstructural and mechanical properties of the cooling slope casted AZ91 Mg alloy. Investigations involved five different nozzle diameters (4, 6, 8, 10, and 12 mm) with five different melt velocities (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 m/s). Finally, a moderate nozzle diameter of 8 mm with a melt velocity of 0.3 m/s rendered reasonably moderate solidification. Additionally, the favoured microstructure was observed with particle size, a shape factor, α-phase fraction and particle densities of 62 μm, 0.75, 0.80 and 195. Correspondingly, better mechanical properties were observed with tensile strength, ductility, yield strength and hardness of 265 MPa, 7.5%, 200 MPa and 80 HV, respectively. The nozzle diameter/melt velocity produces poorer castings. Furthermore, the retaining/escaping of alloy elements along gases occurs throughout processing; in this case, the escape of alloy elements lessens strength whereas the escape of gases boosts strength. Moderate control of casting parameters rendered superior properties.

Des expériences ont été effectuées pour étudier l’effet du diamètre de la buse et de la vitesse du bain sur la solidification ainsi que sur les propriétés microstructurales et mécaniques de l’alliage de Mg AZ91 coulé sur une pente de refroidissement. Les études ont porté sur cinq diamètres de buse différents (4, 6, 8, 10, 12 mm) ainsi que sur cinq vitesses du bain différentes (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 m/s). Enfin, un diamètre modéré de la buse de 8 mm avec une vitesse du bain de 0.3 m/s a produit une solidification raisonnablement modérée. De plus, on a observé une microstructure favorisée avec la taille de particules, le facteur de forme, la fraction de phase α et la densité de particules de 62 μm, 0.75, 0.80 et 195, respectivement. En conséquence, on a observé de meilleures propriétés mécaniques avec une résistance à la traction, une ductilité, une limite d’élasticité et une dureté de 265 MPa, 7.5%, 200 MPa et 80 HV, respectivement. Les limites du diamètre de buse/vitesse du bain produisent de moins bons coulages. De plus, la rétention/l’échappement des éléments d’alliage ainsi que des gaz se produit tout au long du traitement; dans ce cas, l’échappement d’éléments d’alliage amoindrie la résistance alors que l’échappement des gaz augmente la résistance. Un contrôle modéré des paramètres de coulée a ainsi produit des propriétés supérieures.

KEYWORDS:

• Nozzle diameter
• melt velocity
• solidification
• microstructure
• mechanical properties
• AZ91 Mg alloy

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

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Funding

The financial assistance obtained through DST, TIFAC and the Ministry of Mines is gratefully acknowledged.