Elaboration of a model for the viscosity of liquid alloys with predictive capability by implementation of consistent thermodynamic descriptions and validation by experimental investigation of liquid magnesium alloys
Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
Final Report Abstract
Sieben Modelle zu Vorhersagen von Viskositäten metallischer Schmelzen wurden mit Hilfe experimenteller Daten von 40 binären Systemen verglichen. Zur exakten Berechnung der Mischungenthalpien der Schmelzen wurden für alle 40 binären Systeme konsistente Calphad-Beschreibungen erstellt. Das relativ einfach aufgebaute KRP Modell wurde im Rahmen dieser Untersuchung als das Zuverlässigste erkannt. Es liefert für mehr als die Hälfe der untersuchten Systeme eine brauchbare Vorhersage. Kein Modell beschreibt die Viskosität für alle Systemtypen zuverlässig. Eine Regel, ob einzelne Modelle für einzelnen Systemtypen geeigneter sind, konnte nicht gefunden werden. Für die in diesem Projekt zu untersuchenden ternären Mg-Legierungen wurden Datensätze für die technisch verbreiteten Mg-Al-Zn-Legierungen und für die viel versprechenden Mg- Gd-Zn-Legierungen erarbeitet. Dazu musste das komplizierte und bisher wenig verstandene, ternäre Mg-Gd-Zn System vollständig experimentell untersucht werden. Die mit Hilfe dieser Enthalpiedaten und den Modellen berechenten Viskositäten wurden mit den experimentell gemessenen Werten von Mg-Zn und Mg-Gd vergleichen. Im Grundsatz ist festzustellen, dass die experimentelle Bestimmung der Viskosität von Magnesium und Magnesiumlegierungen mit dem aktuellen Versuchsaufbau nicht einfach ist. Das Messprinzip kann man als bewährt ansehen, jedoch ergeben sich massive Probleme durch die Rotation des Prüfkörpers und die dadurch erleichterte Oxidation der Mg-Schmelze. Es erscheint daher notwendig, die Vorrichtung so zu modifizieren, dass sie vollständig in einer inerten Atmosphäre aufgebaut ist. Aufgrund des hohen Dampfdruckes von Mg ist ein Setup in einem Unterdruck oder Vakuum nicht geeignet. Analoges gilt auch zur experimentellen Bestimmung der Dichte. Allerdings ist hier der Schwierigkeitsgrad geringer. Im Trend konnte jedoch gezeigt werden, dass die Dichte der Metallschmelzen bei den untersuchten Werkstoffen mit der Temperatur sinkt.
Publications
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