Thermophysikalische Eigenschaften industrieller Metallschmelzen



Diese Experimente sind Teil des laufenden Programms ThermoLab, das die Messung thermophysikalischer Eigenschaften industrierelevanter Metallschmelzen zum Ziel hat. Die im Rahmen des Programmes erhaltenen Eigenschaftswerte werden zur rechnerischen Simulation von Gieß- und Erstarrungsprozessen eingesetzt. Ziel ist es, die Materialeigenschaften und den Gießprozess selbst zu optimieren. Zudem sollen Gießtechnologien für neue Werkstoffe entwickelt werden. Letzteres gilt zum Beispiel für spezielle Titan-Aluminium Legierungen, die ein hohes Anwendungspotenzial als leichter Hochtemperaturwerkstoff etwa für Flugzeugturbinen besitzen. Bisher können Werkstücke aus dieser Legierung nur in beschränkter Größe gießtechnisch oder durch teure pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden.

Wegen der großen chemischen Reaktivität flüssiger Metalle ist es sehr schwierig, thermophysikalische Eigenschaften, spezifische Wärmekapazität und die Schmelzwärme mit konventionellen Methoden an flüssigen Metallen zu messen. Dies gilt insbesondere für Titan-Legierungen mit Schmelzpunkten im Bereich von 1490-1650 Grad Celsius, verschiedene Nickel-Legierungen mit Schmelzpunkten bis zu 1630 Grad Celsius, aber auch für relativ niedrigschmelzende Zirkon-Legierungen mit Schmelzpunkten im Bereich von 1000 Grad Celsius.

Aus diesem Grunde wurden die Messungen kontaktlos an elektromagnetisch schwebenden Proben durchgeführt. Bei der elektromagnetischen Levitation werden metallische Proben von circa sechs bis acht Millimeter Durchmesser durch hochfrequente elektromagnetische Felder zum Schweben gebracht. Unter Schwerelosigkeit sind die hierzu notwendigen Kräfte jedoch bedeutend reduziert, wodurch eine nahezu kräftefreie Probe erhalten wird, was wiederum eine Voraussetzung für die Anwendung einer Reihe kontaktloser Messmethoden ist.


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