Mathematische Modellierung der Ausscheidung ... - OPUS-Datenbank

5 Ergebnisse und Diskussion 74
Opel und Franke (2009) thermische Simulationen des Erstarrungsprozesses in der am
Lehrstuhl WTM vorhandenen Gießanlage DS-Unit 4 mit der Gießsimulationssoftware Pro-
CAST durchgeführt [Ope09], um den Temperaturverlauf im Bauteil während der Erstar-
rung bestimmen zu können. Diese Eingangsdaten werden dann für die Wärmebehand-
lungssimulationen im Kapitel 5.3.3 verwendet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ver-
schiedene Parameter des Modells, in erster Linie die Wärmeübergangskoeffizienten, mit
Hilfe der Dendritenabstände zunächst experimentell kalibriert werden müssen und so im-
plizit Abhängigkeiten existieren können. Die Ergebnisse der Simulation für drei zylinder-
förmige Probestäbe finden sich in der Abbildung 5.14. In (a) ist die Erstarrungsgeschwin-
digkeit, in (b) der Temperaturgradient zum Zeitpunkt der Erstarrung und in (c) ist der resul-
tierende Dendritenstammabstand bei der Erstarrung abgebildet, außerdem ist in (d) die
Geometrie der Gussform dargestellt. Der Dendritenstammabstand wurde mit der Glei-
chung (2.2) aus dem jeweiligen berechneten Temperaturgradienten und der berechneten
Erstarrungsgeschwindigkeit ermittelt. Man erkennt, dass im Bauteil drei Bereiche mit un-
terschiedlicher Mikrostruktur vorliegen:
1. schnell erstarrter Bereich an der Kühlplatte
2. Übergangsbereich mit inhomogenen Dendritenstammabständen
3. homogener Bereich in den oberen drei Vierteln des Bauteils
Im Bereich 1 erstarrt die Schmelze unmittelbar beim Kontakt mit der Kühlpatte mit einer
sehr feinen Mikrostruktur. In der Übergangszone 2 läuft die Erstarrungsfront noch außerhalb
des Baffles 2 , da die Kühlplatte aus technischen Gründen nicht unmittelbar an das
Baffle herangefahren werden kann. Dadurch ist die Erstarrung sehr schnell, und gleichzeitig
schirmen sich die Probestäbe auf der Innenseite gegenseitig ab, so dass die Wärmeabstrahlung
reduziert ist. Dies resultiert in einem inhomogenen Dendritenstammabstand
auf der Innen- und Außenseite der Probestäbe. Im Bereich 3 befindet sich die Erstarrungsfront
dann im Baffle, und die Erstarrungsgeschwindigkeit entspricht der Abzugsgeschwindigkeit.
Daher entsteht dort eine homogene Mikrostruktur.
2 Isolation, die die Heizzone von der Kühlzone im Ofen trennt