Gerichtete Erstarrung von Pb-Sn-Legierungen unter Einwirkung eines rotierenden Magnetfeldes

Bereits seit einiger Zeit ist bekannt, dass man durch gezieltes Rühren einer erstarrenden, metallischen Schmelze mit mechanischem Antrieb oder mit Hilfe zeitabhängiger Magnetfelder in aktiver Weise Einfluss auf die Gefügeausbildung nehmen kann. Diese sogenannte, erzwungene Konvektion begünstigt beispielsweise globulitisches gegenüber dendritischem Wachstum und bewirkt eine Kornfeinung. Allerdings können Strömungen im Schmelzbad während der Erstarrung auch unerwünschte Makroseigerungen hervorrufen.
Der Einsatz elektromagnetischer Felder zum Rühren des Schmelzbades ist vor allen Dingen aus zweierlei Gründen attraktiv: (a) diese Methode bietet die Möglichkeit einer völlig kontaktlosen Einflussnahme und (b) eine unmittelbare und einfache Kontrolle der Intensität der Strömung kann über die elektrischen Regelparameter Strom und Frequenz vorgenommen werden. Zusätzlich sind verschiedene Arten von Magnetfeldern (Wanderfelder, pulsierende Felder, statische Felder) im Prinzip beliebig kombinierbar. Damit ergibt sich die Möglichkeit, grundsätzlich verschiedene Strömungsmuster je nach Bedarf zu erzeugen.
Das Ziel unserer Forschung besteht in der Anwendung maßgeschneiderter Magnetfelder während der Erstarrung zur effizienten Herstellung homogener, feinkörniger, globulitischer Gefüge. Zunächst soll mit Hilfe von Modellexperimenten, die die Komplexität des Problems überschaubar halten, mehr Informationen über die physikalischen Zusammenhänge zwischen der Erstarrung metallischer Legierungen und einer erzwungenen Konvektion in der Restschmelze gesammelt werden. Dazu wurden Pb-Sn-Legierungen in einer einfachen zylindrischen Geometrie unter Einwirkung eines rotierenden Magnetfeldes (RMF) gerichtet erstarrt.