Mathematische Modellierung der Ausscheidung ... - OPUS-Datenbank

5 Ergebnisse und Diskussion 107
Diese Reduzierung, die mit der CALPHAD-Methode berechnet wird, reicht bei weitem
nicht aus, um den experimentell beobachteten sehr deutlichen Effekt auf die Keimbil-
dungsrate zu erklären.
Wie bereits ausgeführt wurde, muss daher zusätzlich ein deutlicher Anstieg der Grenzflächenenergie
bei der Zugabe von Ruthenium auftreten (siehe Tabelle 5.9). Ein weiterer
Effekt ist, dass durch die Zunahme der Aktivierungsenergie wegen der Vergrößerung der
Grenzflächenenergie und die Reduzierung der Triebkraft bei Ru-Zugabe nur noch wenige
günstige heterogene Keimbildungsplätze genutzt werden können, was bedeutet, dass die
Zahl der nutzbaren Keimbildungsplätze N0 abnimmt. Bei 0 wt-% Ru erzielt man eine gute
Übereinstimmung von Simulation und Experiment für N0 = 5,0·10 15 m -3 und mit 2,5 wt-%
Ruthenium für N0 = 3,0·10 14 m -3 . Diese Werte sind mit den experimentellen Messungen
der Ausscheidungszahl von Sato et al. konsistent (siehe Tabelle 5.9).
Tabelle 5.9: Anzahl der Ausscheidungen und Grenzflächenenergien nach 1000 h bei
1100 °C mit 0 % bzw. 2,5 % Ru in der Legierung TMS-121 bzw. TMS-138+. Experimentelle
Ergebnisse aus Sato et al. (2006) [Sat06].
Ruthenium-Gehalt Modell [Sat06]
0 wt-% Ru 5,0·10 15 m -3 0,05 J m -2 3·10 15 m -3
2,5 wt-% Ru 3,0·10 14 m -3 0,22 J m -2 9·10 13 m -3
Sowohl die simulierten ZTU-Diagramme (a) als auch die maximalen Längen der Ausscheidungen
(b) sind in der Abbildung 5.45 dargestellt. Die ZTU-Diagramme stimmen gut
mit den experimentellen Messungen überein, und das theoretische Modell erklärt schlüssig
das experimentell gemessene Absinken der Temperatur der Nase des ZTU-
Diagramms durch eine größere Aktivierungsenergie. Außerdem verschiebt sich das ZTU-
Diagramm bei Zugabe von Ru wie im Experiment zu längeren Ausscheidungszeiten hin.
Mit steigendem Rutheniumgehalt nimmt die Aktivierungsenergie für die Keimbildung der
TCP-Phasen offenbar stark zu. Dies wurde bereits in den Parameterstudien im Kapitel
5.5.2 diskutiert. Die Verschiebung zu längeren Zeiten wird durch die geringere Anzahl an
Ausscheidungen bedingt. Dadurch müssen die Ausscheidungen bis zum Erreichen des
1%-Volumenanteils eine größere Länge erreichen, was bei unveränderter Diffusion eine
längere Zeit in Anspruch nimmt. Allerdings belegen die Ergebnisse der Abbildung 5.45b,
dass die Unterschiede im Längenwachstum bei einer Ru-Zugabe von 2 wt-% nur unter
Annahme eines um den Faktor zehn reduzierten Diffusionskoeffizienten simuliert werden
könnten, was sich nicht mit den Ergebnissen aus dem Kapitel 5.6.2 deckt.