Untersuchung des Konvektionseinflusses bei der Erstarrung hochmanganhaltigen Stahls mit Hilfe der Phasenfeld Methode

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Die Werkstoffgruppe der Stähle spielt eine zentrale Rolle in der technischen Weiterentwicklung vieler Bereiche. Moderne Flugzeuge wie der Airbus A 380 und die Triple-E-Ozeanriesen der Maersk Reederei erfordern hochzuverlässige Materialien mit optimal abgestimmten Eigenschaften. Ein entscheidendes Kriterium für die Zuverlässigkeit ist der Reinheitsgrad. Inhomogenitäten und Mehrphasigkeit im Stahl sind für dessen Festigkeit unerlässlich, können jedoch bei Überbeanspruchung Risse oder Brüche verursachen. Diese Inhomogenitäten entstehen durch unterschiedliche Löslichkeiten von Legierungselementen während der Erstarrung. Die Kenntnis der Mikroseigerungsverteilung kann durch Prozesse wie Homogenisierungsglühen zur Beseitigung dieser Inhomogenitäten genutzt werden. Faktoren wie Grenzflächenenergie und Unterkühlung der Schmelze beeinflussen die Verteilung und Stärke der Mikroseigerung, wobei sich der Einfluss je nach Legierung unterscheidet. Auch die Strömung hat einen erheblichen Einfluss auf das Erstarrungsgefüge. Während des Erstarrungsprozesses entsteht aufgrund der Volumenunterschiede zwischen fester und flüssiger Phase eine Strömung, die für die Seigerung und Morphologie von Bedeutung ist. Besonders die Schattenseite, die von der Strömung abgewandt ist, leidet unter starken Anreicherungen, was die Symmetrie des Systems beeinträchtigt.