Entwicklung experimenteller Methoden zur Charakterisierung thermomechanischer Eigenschaften ausgewählter Legierungen im teilerstarrten Bereich.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Bleck
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5447743

Für eine erfolgreiche Simulation von Prozessen, die im teilerstarrten Bereich ablaufen, spieltdie Identifikation von Werkstoffdaten eine Schlüsselrolle. Grundsätzlich ist neben derModellierung und der Numerik die Qualität der Werkstoffparameter für die zu verwendendenStoffgesetze der dritte entscheidende Faktor für die Genauigkeit einer Vorhersage mit Hilfeeiner numerischen Prozesssimulation. Sollen über einen Prozess nicht nur grundsätzlichequalitative, sondern auch quantitative Aussagen gemacht werden, wie zum Beispiel zurDefinition geeigneter Prozessfenster, so müssen möglichst exakte und an die Modellbildungangepasste Werkstoffparameter zur Verfügung stehen. Für die thermomechanischeErstarrungssimulation, die Thema dieses Paketantrags ist, hat der teilflüssigeWerkstoffbereich eine wichtige Bedeutung, da hier mehrere für die endgültige Bauteilqualitätrelevante Mechanismen auf verschiedenen Größenskalen ablaufen können. So sind zumBeispiel die Phasenumwandlung mit Volumen- und Temperatursprung, die thermochemischeDiffusion in flüssiger und fester Phase sowie die Bildung und das Wachstum vonHochtemperaturausscheidungen zu nennen. Diese Prozesse sind für einen gegebenenWerkstoff neben der Legierungszusammensetzung von der Temperatur, der Temperaturrateund teilweise von der mechanischen Belastung abhängig und können, aber müssen nicht,gleichzeitig ablaufen und sich gegenseitig beeinflussen. Darüber hinaus ist das mechanischeWerkstoffverhalten durch die gleichzeitige Existenz der festen und der flüssigen Phasegekennzeichnet, die beide jeweils ein stark unterschiedliches Verhalten besitzen. BesondereProbleme bei der experimentellen Behandlung des teilflüssigen Werkstoffbereiches sind dasrelativ kleine Temperaturfenster, in dem beide Phasen gleichzeitig vorhanden sind, sowie diehohen Temperaturen, die hierfür notwendig sind. Aus diesen Gründen ist die Identifikationvon Werkstoffparametern in diesem Bereich äußerst schwierig. Darüber hinaus ist dieserBereich dadurch gekennzeichnet, dass er aufgrund der hohen Temperaturen eine hoheDiffusionsgeschwindigkeit der beteiligten Phasen hat. Das hat zur Folge, dass die feste unddie flüssige Phase unterschiedliche chemische Zusammensetzung und daher auchunterschiedliche mechanische Eigenschaften haben. Für Gießprozesse, die in kurzer Zeitstattfinden, wie zum Beispiel der Kokillenguss von kleinen Bauteilen, können sich währendder zur Verfügung stehenden Zeit im Allgemeinen keine stabilen Zustände einstellen. Ineinem makroskopischen Sinne, das heißt bei der Identifikation effektiver Eigenschaften, hatdies zur Folge, dass die Werkstoffeigenschaften eine Funktion sehr vieler Faktoren seinkönnen, die experimentell zu identifizieren sind. Insbesondere sollen sowohl langsame alsauch schnelle Erstarrungsprozesse charakterisiert werden, da stark unterschiedlicheAbkühlraten wichtige Einflussparameter bei der benötigten Charakterisierung sind. Hier setztdas beantragte Projekt an, das es sich zum Ziel gesetzt hat, Methoden zu entwickeln, mitderen Hilfe geeignete und auf die Modellierung abgestimmte Werkstoffparameter für denteilflüssigen Bereich identifiziert werden können. Dabei muss eine enge Zusammenarbeit mitden übrigen Teilprojekten gewährleistet sein, in denen die Modellbildung stattfindet.Weiterhin sind zur Definition geeigneter Randbedingungen die Ergebnisse aus denprozessbeschreibenden Projekten notwendig.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Ulrich Prahl