Anwendung zeitmodulierter AC-Magnetfelder zum Rühren metallischer Schmelzen während der Erstarrung einer Al-Si-Legierung

Der Einsatz elektromagnetischer Felder zum Rühren metallischer Schmelzen stellt eine elegante Möglichkeit einer völlig kontaktlosen Strömungskontrolle in erstarrenden Metalllegierungen dar, wobei die Strömungsintensität über die elektrischen Regelgrößen Strom und Frequenz gesteuert werden kann.
Trotz der nachweislichen Verbesserung der Gefügeeigenschaften, wie Kornfeinung und Vergrößerung des equiaxialen Erstarrungsbereiches durch eine intensive Strömung im Bereich der Erstarrungsfront, ist der Einsatz des elektromagnetischen Rührens auch problembehaftet, da die Strömung negative Auswirkungen wie strömungsinduzierte Porosität oder Gefügeinhomogenitäten (z. B. weiße Bänder beim Stahlguss) hervorrufen kann. Diese Nachteile erschweren eine industrielle Anwendung des Verfahrens im Strangguss.
Der Einsatz maßgeschneiderter, zeitmodulierter Magnetfelder bietet die Perspektive, die oben genannten, nachteiligen Effekte zu vermeiden. Mit dem Konzept der maßgeschneiderten Magnetfelder werden geeignete Strömungen erzeugt, welche die für die Herausbildung vorteilhafter Gefüge notwendigen Temperatur- und Konzentrationsfelder in der erstarrenden Schmelze liefern. Dies erfordert jedoch ein genaues Verständnis der Wechselwirkung von Magnetfeld, induzierter Strömung und Erstarrungsvorgang.
In diesem Vortrag wird die Wirkung des elektromagnetischen Rührens der Restschmelze mittels zeitmodulierter Magnetfelder bei der gerichteten Erstarrung einer binären Al-Si-Legierung untersucht. Für eine erfolgreiche Anwendung dieses Verfahrens sind geeignete Kombinationen der Magnetfeldparameter zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden Strömungsmessungen in einer isothermen Modellschmelze unter dem Einfluss modulierter Magnetfelder durchgeführt. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen zur zeitlichen Entwicklung der Strömungsstruktur wurden geeignete Strategien für eine gezielte Beeinflussung der Gefügemerkmale durch den Einsatz maßgeschneiderter Magnetfelder abgeleitet. Die Erstarrungsversuche demonstrieren, dass es möglich ist, mit Hilfe zeitmodulierter magnetischer Felder korngefeinte, equiaxiale Gefüge unter Vermeidung der Herausbildung makroskopischer Gefügeinhomogenitäten herzustellen.
Die Ergebnisse veranschaulichen das große Potenzial des elektromagnetischen Rührens zur Verbesserung der Materialeigenschaften der erstarrten Struktur und einer Optimierung der Prozesskontrolle.