Entstehung und Transport von Fremdpartikeln und Oberflächenfilmen in der Schmelze während des Formfüllvorgangs
Final Report Abstract
Die Forschung zur numerischen Modellierung und Vorhersage von relevant ablaufenden Strömungsvorgängen bei der Formfüllung unter Einbeziehen der drei beteiligten Phasen Schmelze, Erstarres sowie verdrängtes bzw. nachfließendes Gas (Luft) befindet sich immer noch in ihren Anfängen, bahnbrechende Neuerungen fehlen weiterhin. Die Entstehung und Transport von Fremdpartikeln und Oberflächenfilmen in der Schmelze während des Formfüllvorgangs stellen dabei eine große Herausforderung dar, da sie die Bildung von Gussfehlern durch Oxydhäute und Porosität und somit die Qualität der Gussteile maßgeblich bestimmen. Moderne Verfahren der Strömungsmechanik ermöglichen es, die Verteilung dieser Keimzentren für Porosität während der Formfüllung mitzuberechnen, wenn geeignete Modelle zu ihrer Entstehung mitberücksichtigt werden. Im Bezug auf den Gießprozess ist bekannt, dass die Verteilung der Verunreinigungen (Keimzentren, Fremdpartikeln und Oxidhäuten) nicht nur wichtig für die Porositätsentstehung ist, sondern auch für den Erstarrungsprozess bzw. die Erfassung des Einflusses der mitgerissenen Partikel auf das Fließverhalten der Schmelze und auf den Wärme- und Stofftransport während des Erstarrungsprozesses. Falls man den Zerfall der Oberflächenfilme durch ein Entstehungs- bzw. Zerfallsmodell erfassen kann, können die Größen und Verteilung der resultierenden Partikel (Filmtaschen) als Startbedingungen für ein auf Lagrange-Verfahren basiertes Konzept verwendet werden, um neben dem Strömungsfeld Informationen über den Transport und die (zeitliche und räumliche) Verteilung der Verunreinigungen vor und während des Erstarrungsprozesses gewinnen zu können. Das Teilprojekt zielt auf eine physikalisch-konsistente numerische Modellierung der Partikelbewegung ab, die in der Lage ist, die Entstehung, den Transport, die Verteilung sowie den Einfluss von Fremdpartikeln und eingeschlossenen Oberflächenfilmen während der Erstarrung zu erfassen bzw. im Erstarren besser vorhersagen zu können. In der ersten Periode soll eine einfache und korrekte Beschreibung des gesamten Prozessvorgangs - Partikelentstehung und Partikeltransport - erzielt werden, um die Verteilung der Fremdpartikel bzw. Verunreinigungen als Startwerte für die nachstehenden Prozesse der Porenbildung (TP3) bereit zu stellen. Diese Verteilung der Verunreinigungen ist auch wichtig für die Erfassung des Einflusses der mitgerissenen Partikel auf das rheologische Fließverhalten der Schmelze und auf den Wärme- und Stofftransport während der Erstarrungsprozesse. Darauf wird in der zweiten Antragsperiode konzentriert. Das Gesamtmodell soll numerisch umgesetzt, getestet und mit experimentellen Daten von einfachen und komplex anwendungsnahen Konfigurationen aus der Literatur und aus den Teilprojekten TP4 und TP5 validiert werden. Alle vorgesehene Ziele wurden erfolgreich erreicht.
Publications
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(2012), A VOF-URANS based approach for investigation of turbulent mold filling process and oxide film formation in Aluminium casting, in Proceeding of International Sypusium on Multiphase Flow and Transport Phenomena, 22-25 April, Marocco
Nejati, I., Mehdizadeh, A., Sadiki, A.
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(2012), Fourphase fully-coupled mold-filling and solidification simulation for Gas Porosity Prediction in Aluminum Sand Casting, 13th MCWASP, June 17-22 2012, Austeria
J. Jakumeit, S. Jana, T. Waclawczyk, A. Mehdizadeh, J. Youani, A. Bührig-Polaczek
