Skip to content
Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter December 29, 2021

Fortschritte und Probleme beim Mikromodellieren der Erstarrung

Opportunities and Problems of Solidification Micromodels
Markus Rettenmayr

Abstract

Die Anwendung von Mikromodellen der Erstarrung auf technische Prozesse und Legierungen setzt voraus, daß die Wechselwirkungen von Vorgängen auf verschiedenen Längenskalen während der Erstarrung berücksichtigt werden. In dieser Arbeit werden einige Entwicklungen der Mikromodelle bezüglich Kopplung mit Phasendiagrammrechnungen, dendritischen und eutektischen Wachstumsunterkühlungen und Makromodellen vorgestellt und folgende Punkte diskutiert: Der wichtigste Eingabeparameter ist das Gleichgewichtsphasendiagramm. Der Erstarrungsweg legt Art und Menge der erstarrenden Phasen fest. Verunreinigungen und geringfügige Beimengungen sollten als Legierungselemente betrachtet werden. Bei hohen Abkühlraten oder beim Rückschmelzen müssen Abweichungen vom lokalen Gleichgewicht berücksichtigt werden. Unter Einbeziehung der Wechselwirkung zwischen Makro- und Mikromodellen kann die lokale Gefügeausbildung in großen Gußstücken simuliert werden. Mit Kopplung der Modelle für die verschiedenen Phänomene ist es möglich, Erstarrungsgefüge für eine Vielzahl von Prozeßbedingungen vorauszusagen.

Abstract

An application of micromodels to technical processes requires the combination of solidification micromodels with thermodynamic models of phase equilibria, dendritic and eutectic growth models, and macroscopic solidification models. In this paper, some recent developments of microscopic solidification models are reviewed and the following items are discussed: It is shown that a careful description of the equilibrium at the solid/liquid interface is of utmost importance. The solidification path in the phase diagram sets type and amount of solidifying phases. Impurities must be considered as alloying elements. For high cooling rates or remelting, models describing deviations from local equilibrium need to be introduced. Considering the interaction of micro- and macromodels local microstructural features in large cast pieces can be predicted. Coupling of models for all the different phenomena allows for reliable predictions of solidification microstructures under a large variety of processing conditions.


Markus Rettenmayr, Technische Universität Darmstadt Fachbereich 21 Materialwissenschaft Fachgebiet Physikalische Metallkunde Petersenstr. 23 D-64287 Darmstadt

  1. Ich danke den Herren Prof. Dr. H.E. Exner, Dr. T. Kraft und Dr. O. Pompe herzlich für die ausführlichen Diskussionen und die gute Zusammenarbeit während vieler Jahre. Diese Arbeit wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie im Programm MaTech unter dem Förderkennzeichen 03K 8003 gefördert.

Literatur

1 Brody, H. D.; Flemings, M. C.: Trans. Met. Soc. AIME 236 (1966) 615–624.Search in Google Scholar

2 Kirkwood, D. H.; Evans, D. J.: The Solidification of Metals, The Iron and Steel Institute, London (1968) 108–111.Search in Google Scholar

3 Kraft, T.; Exner, H. E.: Z. Metallkd. 87(1996) 598–611 und 652–659, 88 (1997) 278–290 und 455–468.Search in Google Scholar

4 Rappaz, M.; Rettenmayr, M.: Current Opinion in Solid State & Mater. Sci. 3 (1998) 275–282.Search in Google Scholar

5 Rettenmayr, M.; Kraft, T.; Exner, H. E.: in J. Beech, H. Jones (eds), Solidification Processing, University of Sheffield, Sheffield (1997) 372–375.Search in Google Scholar

6 Roósz, A.: Cast Metals 1 (1989) 223–226.Search in Google Scholar

7 Beaverstock, R. C.: wie Ref. [5] 321–324.Search in Google Scholar

8 Doré, X.; Jacot, A.; Rappaz, M.: in M. Rappaz, M. Kedro (eds), Modeling in Materials Science and Processing, European Commission, Brüssel (1996) 238–245.Search in Google Scholar

9 Kim, J. H.; Park, J. W.; Lee, C. H.; Yoon, E. P.: J. Cryst. Growth 173 (1997) 550–560.Search in Google Scholar

10 Provatas, N.; Goldenfeld, N.; Dantzig, J. A.: in B. G. Thomas, C. Beckermann (eds), Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes VIII, The Minerals, Metals & Materials Society, Warrendale, PA (1998) 187–194.Search in Google Scholar

11 Pompe, O.: Dissertation, Technische Universität Darmstadt (1996).Search in Google Scholar

12 Scheil, E.: Z. Metallkd. 34 (1942) 70–72.Search in Google Scholar

13 Rettenmayr, M.; Kraft, T.: Metall. Trans. A 28A (1997) 447 – 451.Search in Google Scholar

14 Lukas, H. L.; Weiss, J.; Henig, E. T.: CALPHAD 6 (1982) 229–251. Search in Google Scholar

15 Kurz, W.; Fisher, D. J.: Fundamentals of Solidification, 3rd ed., Trans Tech Pub., Aedermannsdorf (1989).Search in Google Scholar

16 Kraft, T.; Roósz, A.; Rettenmayr, M.: Scripta Mater. 35 (1996) 77–82.Search in Google Scholar

17 Rettenmayr, M.; Exner, H. E.: as Ref. [10] 171–178.Search in Google Scholar

18 Ohnaka, I.: Trans. Iron Steel Inst. Jpn. 26 (1986) 1045–1051.Search in Google Scholar

19 Roósz, A.; Exner, H. E.: Acta Metall. Mater. 38 (1990) 375–380.Search in Google Scholar

20 Thévoz, P.; Rappaz, M.; Desbiolles, J.-L.: in C. M. Bickert (ed.), Light Metals, The Minerals, Metals & Materials Society, Warrendale, PA (1990) 975–982.Search in Google Scholar

21 Greven, K.; Fackeldey, M.; Ludwig, A.; Kraft, T.; Rettenmayr, M.; Sahm, P.: wie Ref. [10] 187–194.Search in Google Scholar

22 Kraft, T.: Model. Simul. Mater. Sci. Engn. 5 (1997) 473–480.Search in Google Scholar

23 Sasikumar, R.; Exner, H. E.: Model. Simul. Mater. Sci. Engn. 1 (1992) 19–27.Search in Google Scholar

24 Emley, E. E.: Int. Metall. Rev. 21 (1976) 75–115.Search in Google Scholar

25 Combeau, H.; Mo, A.; Drezet, J.; Rappaz, M.: Metall. Mater. Trans. A 27A (1996) 2314–2327.Search in Google Scholar

26 Rettenmayr, M.; Warkentin, O.; Exner, H. E.: Z. Metallkd. 88 (1997) 617–619.Search in Google Scholar

27 Sarreal, J. A.; Abbaschian, G. J.: Metall. Trans. A 17A (1986) 2063–2073.Search in Google Scholar

Received: 1998-07-30
Published Online: 2021-12-29

© 1998 Carl Hanser Verlag, München