Schnelle dynamische Differenzkalorimetrie in-situ während der raschen Erstarrung von Aluminiumlegierungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Anpassung von Mikrostrukturen und Eigenschaften in Metalllegierungen, insbesondere in Anwendungen der additiven Fertigung (AM), erfordert ein umfassendes Verständnis ihres schnellen Erstarrungsverhaltens. Die Untersuchung schneller Erstarrungsprozesse in situ birgt jedoch Herausforderungen aufgrund des Mangels an präzisen Messungen der Abkühlraten, der Unterkühlung bei der Keimbildung und der Erstarrungszeit. In dieser Studie wurde die differential fast scanning calorimetry (DFSC) verwendet, um die schnelle Erstarrung von mikroskopisch kleinen Al-Si-Legierungspartikeln zu untersuchen, die Zusammensetzungen wie Al-Si1, Al-Si10, Al-Si12, Al-Si20 (Massen%) und AlSi10Mg umfassen, mit steuerbaren Abkühlraten im Bereich von 100 K/s bis 1.000.000 K/s. Durch Analyse der Unterkühlung bei der Keimbildung und der Mikrostruktur wurden die Erstarrungsfolge und verschiedene Mechanismen der α-Al-Phasenbildung vorgeschlagen. Ein modifiziertes Modell unter Verwendung der klassischen Keimbildungstheorie (CNT), das die oberflächenheterogene Keimbildung und die grenzflächen-/volumenheterogene Keimbildung für α-Al einschließt, wurde angewendet. Zusätzlich wurde die isotherme DFSC-Methode verwendet, um die schnelle Erstarrung dieser Legierungen zu untersuchen. Sowohl der Abstand der Dendritenarme als auch charakteristische Abstände im Eutektikum nehmen mit zunehmender Abkühlrate und abnehmender Erstarrungstemperatur ab. Die kontinuierliche Abkühlbehandlung liefert feinere Mikrostrukturen im Vergleich zu denen, die im isothermen Verfahren im ähnlichen Erstarrungstemperaturbereich beobachtet wurden. Die Kombination aus in-situ DFSC und Mikrostrukturcharakterisierung ermöglicht die Beobachtung schnell erstarrter Strukturen einzelner metallischer Partikel durch kontrollierte schnelle Abkühlung und bekannte Unterkühlung bei der Keimbildung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass zur genauen Darstellung von Mikrostrukturen in AM-Komponenten große Unterkühlungen bei der Keimbildung (über etwa 100 K) und hohe DFSC-Abkühlraten (über etwa 10.000 K/s) erforderlich sind. Daher ist dieser Ansatz effektiv, um die Auswirkungen von Abkühlrate und Unterkühlung auf die Mikrostrukturentwicklung unter Bedingungen schneller Erstarrung, insbesondere in AM-Prozessen, zu untersuchen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Metallographic Preparation of Single Powder Particles. Practical Metallography, 58(3), 129-139.
Milkereit, B.; Meißner, Y.; Ladewig, C.; Osten, J.; Peng, Q.; Yang, B.; Springer, A. & Keßler, O.
-
Nucleation Behavior of a Single Al-20Si Particle Rapidly Solidified in a Fast Scanning Calorimeter. Materials, 14(11), 2920.
Peng, Qin; Yang, Bin; Milkereit, Benjamin; Liu, Dongmei; Springer, Armin; Rettenmayr, Markus; Schick, Christoph & Keßler, Olaf
-
Nucleation behaviour and microstructure of single Al-Si12 powder particles rapidly solidified in a fast scanning calorimeter. Journal of Materials Science, 56(22), 12881-12897.
Yang, Bin; Peng, Qin; Milkereit, Benjamin; Springer, Armin; Liu, Dongmei; Rettenmayr, Markus; Schick, Christoph & Keßler, Olaf
-
Rapid solidification of Al-Si alloys using differential fast scanning calorimetry. Journal of Alloys and Compounds, 965, 171346.
Peng, Qin; Zhang, Yunhu; Wenner, Sigurd; Yang, Bin; Milkereit, Benjamin; Broer, Jette; Springer, Armin; Schick, Christoph & Keßler, Olaf
-
Continuous cooling and isothermal solidification analysis of AlSi10Mg using differential fast scanning calorimetry. Thermochimica Acta, 733, 179674.
Peng, Qin; Zhang, Yunhu; Yang, Bin; Broer, Jette; Springer, Armin; Schick, Christoph & Keßler, Olaf
