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 TEMPUS-Anlage zum elektromagnetischen Positionieren unter Schwerelosigkeit  wird an frei schwebenden Metalltropfen die Geschwindigkeit, mit der das flüssige  Metall erstarrt, mit hoher Präzision gemessen.
 
Auf der Erde sind Erstarrungsvorgänge durch schwerkraftbedingte Flüssigkeitsströmungen beeinflusst. Diese werden wiederum durch Temperatur- und Dichteunterschiede in der Schmelze angetrieben. 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 Daten aus dem Parabelflug-Experiment mit berechneten Erstarrungsgeschwindigkeiten werden physikalische Modelle zum Kristallwachstum in unterkühlten Metallschmelzen überprüft.

Die Experimente konzentrieren sich auf reine Nickel-Schmelzen sowie auf Titanium-Aluminium- und Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, die für die Entwicklung von Hochtemperaturwerkstoffen, beziehungsweise von Stählen verwendet werden.


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