Modeling of hot tearing: two-phase models, coalescence and mesoscale granular models

Simulation de la fissuration à chaud : modèles à deux phases, coalescence et modèles granulaires mésoscopiques

Laboratoire de Simulation des Matériaux, LSMX, Institut des Matériaux, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, MXG-334, Station 12, 1015 Lausanne, Suisse
e-mail: Jean-marie.drezet@epfl.ch

Received: 3 May 2010
Accepted: 14 October 2010

Abstract

Hot tearing or solidification cracking is a flaw that appears during casting and welding of metals and alloys. Hot tearing initiates during solidification i.e. when the liquid phase is still present and under tensile deformations acting upon the remaining liquid films. The cracks are always intergranular except in single crystals, and its fracture surfaces appear as dendritic. The present paper aims at giving a state of the art in the understanding and modelling of hot tearing. The key challenge lies in coupling microscopic phenomena such as grain coalescence, solid phase percolation and strain localisation with macroscopic phenomena such as heat transfer and strain build up at the scale of the work piece. Mesoscopic granular models appear to be suitable to capture such coupling.

Résumé

La fissuration à chaud ou crique à chaud est un défaut qui apparaît lors du soudage ou de la coulée des métaux et alliages. Elle se traduit par l’apparition d’une fissure pendant la solidification i.e. lorsque la phase liquide est encore présente et ceci sous l’effet de déformations en traction agissant sur les films de liquide résiduel. Cette fissuration est toujours intergranulaire, à part dans les structures monocristallines, et son faciès de rupture présente un aspect dendritique. Le présent papier tente de donner un état de l’art de la compréhension et de la modélisation de la fissuration à chaud. Le challenge est alors de coupler les phénomènes microscopiques tels que coalescence des grains, percolation de la phase solide et localisation des déformations aux phénomènes macroscopiques tels que transfert thermique et génération de déformations à l’échelle de la pièce. Les modèles granulaires mésoscopiques semblent être bien adaptés pour traiter ce genre de problème.