Kinetik der Erstarrung von Metallschmelzen



Die computergestützte Simulation von Gieß- und Erstarrungsprozessen zur Herstellung von metallischen Werkstoffen gewinnt in der technischen Anwendung zunehmend an Bedeutung. Die Effizienz solcher Simulationen setzt vor allem ein detailliertes Verständnis der physikalischen Prozesse bei der Erstarrung von Metallschmelzen voraus. In der Anlage zum elektromagnetischen Positionieren unter Schwerelosigkeit (TEMPUS) wird an frei schwebenden Metalltropfen die Erstarrungsgeschwindigkeit mit hoher Präzision gemessen.

Auf der Erde sind Erstarrungsvorgänge durch schwerkraftbedingte Flüssigkeitsströmungen beeinflusst, die durch Temperatur- und Dichteunterschiede in der Schmelze angetrieben werden. In der Schwerelosigkeit werden diese Strömungen unterdrückt. Dadurch wird das Wachstum des Festkörpers in der Schmelze nur durch die Eigenbewegung von Atomen gesteuert. Durch den Vergleich der experimentellen Daten mit berechneten Erstarrungsgeschwindigkeiten werden physikalische Modelle zum Kristallwachstum in unterkühlten Metallschmelzen überprüft.

Die Parabelflugexperimente konzentrieren sich auf Titanium-Aluminium-Legierungen, die zur Entwicklung von Hochtemperaturwerkstoffen verwendet werden. Diese besitzen viele Anwendungsmöglichkeiten. Aus ihnen können beispielsweise  Turbinenschaufeln hergestellt werden. Ein zweiter Schwerpunkt bei den Experimenten sind Eisen-Bor-Legierungen, auf denen eine Reihe von hochleistungsfähigen Magnetwerkstoffen basieren.


Kontakt
Dr. Thomas Volkmann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-2794

E-Mail: Thomas.Volkmann@dlr.de
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