Bridgman-Ofen zur Herstellung von Einkristallen und gerichtet erstarrter Proben
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Bridgman-Ofen wurde bisher hauptsächlich im Rahmen von Forschungsarbeiten des SFB/TR 103 (Vom Atom zur Turbinenschaufel) verwendet. In einem ersten Schritt wurde im Teilprojekt B7 des SFB/TR 103 eine Prozedur erarbeitet, mit welcher in dem Bridgman-Ofen qualitativ hochwertige einkristalline Nickelbasis- Superlegierungen (ein Schlüsselwerkstoff für die Luftfahrt und Energietechnik) erschmolzen werden können. Ein entsprechendes Probenmaterial wird für verschiedene Forschungsarbeiten im SFB/TR 103 benötigt. Es wurden tiefgehende Arbeiten zur Entwicklung der Mikrostrukturen bei der dendritischen Erstarrung dieses Materials durchgeführt. Es ist zu erwähnen, dass diese Arbeiten eine Art Grundstein für weitere Studien zur Erstarrung wichtiger Ingenieurswerkstoffe am Standort Bochum darstellen. In diesem Gebiet werden langfristige Forschungsvorhaben verfolgt. Das Superlegierungs-Probenmaterial aus dem Bridgman-Ofen wurden verwendet, um neue Charakterisierungsmethoden für die mikrostrukturelle Analyse von einkristallinen oder gerichtet erstarrten Werkstoffen zu entwickeln. Bei den Arbeiten geht es um eine tomographische Methode und eine neue Prozedur, mit welcher Kristallorientierungs-Daten aus EBSD-Mappings mit einer erheblich verbesserten Winkelauflösung erfasst werden können. Die Methoden werden verwendet, um neuartige mikrostrukturelle Ergebnisse zur dendritischen Erstarrung zu erarbeiten. In dem Projekt C5 des SFB/TR 103 wurde ein numerisches Modell der Heizerkammer des Ofens erstellt, mit welchem wichtige makroskopische Aspekte der Erstarrung simuliert werden können. Mikroskalige Prozesse, welche die Strukturbildung bei der Erstarrung von Nickelbasis-Superlegierungen bestimmen, werden derzeit mittels Phasenfeld-Methode simuliert. Die Modellierungs- und Simulationsaktivitäten werden dabei durch experimentelle Ergebnisse unterstützt. Die entsprechenden Forschungsaktivitäten wären ohne den Bridgman-Ofen nicht realisierbar. Desweiteren wurden in dem Bridgman-Ofen Einkristallproben, bzw. gerichtet erstarrte Proben aus Kupfer, Eisen- und Kobalt-Nickel-Gallium-Legierungen für verschiedene Forschungsprojekte erschmolzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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On the evolution of cast microstructures during processing of single crystal Ni-base superalloys using a Bridgman seed technique, Materials & Design 128 (2017) 98–111
P. Hallensleben, H. Schaar, P. Thome, N. Jöns, A. Jafarizadeh, I. Steinbach, G. Eggeler, J. Frenzel
