Mathematische Modellierung der Ausscheidung ... - OPUS-Datenbank

5 Ergebnisse und Diskussion 67
Die Umwandlungstemperaturen lassen sich durch die Wärmefreisetzung während der Er-
starrung ermitteln. In Abbildung 5.10 sind die mit der DSC-Methode (Differential Scanning
Calorimetry) gemessene und die simulierte Wärmefreisetzung bei der Erstarrung zweier
Legierungen gegenüber gestellt. Die Legierung in der Abbildung 5.10b enthält Ruthenium,
und die Legierung in der Abbildung 5.10a ist rutheniumfrei.
a)
Wärmek. c p / JK -1 mol -1
Scheil
600
500
400
300
200
100
Gleichgewicht
Messung
TE Tγ' TS TL 0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
0
-0,02
1200 1250 1300 1350 1400
Temperatur T/ °C
DSC / (µV/mg)
b)
Wärmek. c p / JK -1 mol -1
Scheil
600
500
Gleichgewicht
Messung
-0,02
-0,04
400
300
200
Tγ' TE TS -0,06
-0,08
100
TL -0,10
0
-0,12
1200 1250 1300 1350 1400
Temperatur T / °C
Abbildung 5.10: Wärmefreisetzung bei der Erstarrung der Superlegierungen (a) ASTRA1-
00 ohne Ru und (b) ASTRA1-02 mit 2 wt-% Ru. Dargestellt sind die Messungen von
[Hec10a] (durchgezogen), Gleichgewichtssimulationen (gestrichelt) und Scheil-Gulliver-
Simulationen (Strichpunkte). Die Scheil-Gulliver-Erstarrung beschreibt gut die experimentellen
Messungen. Lediglich die γ’-Solvustemperatur muss aus Gleichgewichtsberechnungen
abgeleitet werden.
Die Wärmefreisetzung wurde einerseits mittels Gleichgewichts- und andererseits mittels
der Scheil-Gulliver-Erstarrung simuliert, wobei die Scheil-Gulliver-Methode die Erstarrung
im höchstmöglichen Ungleichgewicht darstellt und die gemessene Kurve wesentlich bes-
ser beschreibt [Gul13, Sch42]. Die eutektische Temperatur wird gut modelliert, zum Bei-
spiel liegt das Eutektikum in Abbildung 5.10b bei ca. 1330 °C, was mit der Scheil-Gulliver-
Simulation übereinstimmt, bei der das Eutektikum bei ca. 1325 °C liegt.
Die Ausscheidung der (sekundären) γ’-Phase ist eine reine Festkörperreaktion und kann
daher mit der Scheil-Gulliver-Methode nicht dargestellt werden, weil diese nur die Erstarrung
modelliert. Daher können lediglich die Gleichgewichtsberechnungen mit den Mes-
sungen der γ’-Ausscheidung verglichen werden. Diese Simulationen modellieren den Be-
ginn der γ’-Ausscheidung bei 1280 °C. Der Wert lässt sich aber nur schwierig mit den
DSC-Messungen vergleichen, weil bei diesen die γ’-Ausscheidung ein undeutliches Signal
liefert. Man kann lediglich die Temperatur der maximalen Ausscheidungsrate bestimmen,
die bei ca. 1230 °C liegt. Weitergehende experimentelle Untersuchungen haben gezeigt,
dass dieser Wert realistisch ist [Hec10a]. Insgesamt wurden für die Validierung der
DSC / (µV/mg)