Anwendung von AC-Magnetfelder zum Rühren einer metallischen Schmelze im Rundstrangmodell und während der Erstarrung einer Al-Si-Legierung


Anwendung von AC-Magnetfelder zum Rühren einer metallischen Schmelze im Rundstrangmodell und während der Erstarrung einer Al-Si-Legierung

Räbiger, D.; Willers, B.; Eckert, S.

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, sowie der Verbesserung der Oberflächenqualität, ist der Einsatz des elektromagnetischen Rührens auch problembehaftet. Negative Auswirkungen wie strömungsinduzierte Porosität oder Gefügeinhomogenitäten (z. B. weiße Bänder beim Stahlguss) erschweren eine industrielle Anwendung des Verfahrens im Strangguss.
Der Einsatz maßgeschneiderter Magnetfelder bietet die Perspektive, die oben genannten, nachteiligen Effekte zu vermeiden. Mit dem Konzept der maßgeschneiderten Magnetfelder können Strömungsregime erzeugt werden, 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 Schmelze mittels Magnetfelder in einem Continuous Casting - Rundstrang Modellexperiment untersucht. Des Weiteren wird die Auswirkung einer erzwungenen Konvektion auf das Gefüge am Beispiel einer gerichtet erstarrten, binären Al-Si-Legierung gezeigt. Für eine optimale Gefügebeeinflussung dieses Verfahrens sind geeignete Kombinationen der Magnetfeldparameter zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurden Strömungsmessungen in einer isothermen Modellschmelze unter dem Einfluss modulierter Magnetfelder durchgeführt. 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.

  • Lecture (Conference)
    Werkstoffwoche 2015, 14.-17.09.2015, Dresden, Deutschland

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-22029
Publ.-Id: 22029