Flow-solidification interaction under controlled convective conditions during unidirectional solidification process

Titel in Übersetzung: Strömungs-Erstarrungs-Interaktion unter kontrollierten konvektiven Bedingungen während des unidirektionalen Erstarrungsprozesses

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Wechselwirkung zwischen der Strömung von flüssigen Schmelze und der Mushy Zone während der Erstarrung ist immer noch ein Thema, das noch nicht vollständig verstanden ist, obwohl es eine wichtige Rolle bei der Bildung von Mikrostrukturen und vielen anderen damit verbundenen Gussfehlern wie Makroseigerung, Schrumpfungsporosität, Heißriss usw. spielt. Diese Wechselwirkung kann äußerst kompliziert sein. Die Strömung kann die Dendritenmorphologie (Armabstände) durch Beeinflussung des Vergröberungsgesetzes modifizieren, die Wachstumskinetik der Dendritenspitzen verändern, die Dicke der Mushy Zone variieren, sowie Makroseigerung, Fragmentation (Verzweigungen, Ablösung und Fragmentierung) verursachen, Phasen transportieren und führt zum Umschmelzen und Kornzerstörung. Die Einflüsse der Mushy Zone auf den Strömung wiederum umfassen: (1) die Veränderung des Strömungsmusters (laminares oder turbulentes Verhalten) und (2) die Verringerung oder Verstärkung der Turbulenz. In dieser Arbeit wird das volumengemittelte Mehrphasen-Erstarrungsmodell, wie es von Wu und Ludwig entwickelt wurde, verwendet und erweitert, um die Strömungs-Erstarrungs-Wechselwirkung zu untersuchen. Folgende wesentliche Erweiterungen werden vorgenommen. 1) Ein neuartiges volumengemittelte Drei-Phasen-Erstarrungsmodell wird eingeführt, um die Bildung der intermetallischen Phase (?-Al5FeSi) wahrend der unidirektionalen Erstarrung einer AlSi7Fe1-Legierung unter rotierende Magnetfeld (RMF) zu simulieren. Der Blockierungeffekt des ?-Al5FeSi wird durch eine modifizierte anisotrope Permeabilitätsgleichung berücksichtigt. Die Dendritenvergröberung wird berücksichtigt und ihre Auswirkung auf die endgültige Makroseigerung und das Mikrogefüge wurde untersucht. 2) Ein neues Modell zur Behandlung des Schmelzens und der Kornzerstörung während der Erstarrung globularer äquiaxialen Kristalle wird vorgeschlagen. Sowohl die Keimbildung als auch die Zerstörung von äquiaxialen Kristalle werden berücksichtigt. Dabei dienen nichtschmelzende Partikel als heterogene Keimbildungsstellen für die endogenen Kristalle. Ein umgeschmolzener und aufgelöster endogener Kristalle setzt seinen Keimbildungspartikel frei und wird zu einem Impfmittel und somit zu einer zukünftigen potentiellen Keimbildungsstelle für weitere Erstarrungsvorgänge. Um die Strömungs-Erstarrungs-Interaktion zu untersuchen, werden sowohl das ursprünglich entwickelte als auch das neu erweiterte Modell auf die unidirektionalen Erstarrungssimulationen von AlSi7- und AlSi7Fe1-Legierungen unter Naturkonvektions- und/oder Zwangskonvektionsbedingungen angewendet. Es ist nicht möglich, alle Aspekte der oben genannten Wechselwirkungen in einer Arbeit zu behandeln. Sie befasst sich lediglich um mehrere Unterthemen: (1) die Rolle der Permeabilitat in der erstarrenden Mushy Zone; (2) der geometrische Effekt auf die Makroseigerung und die Gefügebildung; (3) der Effekt der intermetallischen Phasenausscheidung und der Dendritenvergröberung auf die Makroseigerung; (4) Umschmelz- und Kornzerstörungsphänomene während der Erstarrung. Alle diese Simulationen werden durch Experimente qualitativ oder quantitativ verifiziert. Die modellgestützte Visualisierung der Strömung-Erstarrungs-Interaktionsphänomene ist für Metallurgen von größter Bedeutung, um ein tiefes Verständnis der Erstarrungsgrundlagen zu erlangen und dadurch die Gussfehler zu kontrollieren und die Produktqualität zu verbessern. Darüber hinaus können die erweiterten numerischen Modelle in verschiedenen Gießtechniken, wie Strangguss, Kokillenguss, unidirektionale Erstarrung, Schweißen und additive Fertigung, eingesetzt werden.
Titel in ÜbersetzungStrömungs-Erstarrungs-Interaktion unter kontrollierten konvektiven Bedingungen während des unidirektionalen Erstarrungsprozesses
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schumacher, Peter, Mitbetreuer (intern)
  • Wu, Menghuai, Betreuer (intern)
  • Antretter, Thomas, Beurteiler A (intern)
  • Roósz, András, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Zwangskonvektion
  • Mushy Zone
  • Str�mungs-Erstarrungs-Interaktion
  • Makroseigerung
  • volumengemittelte Erstarrungsmodel

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