Modellierung mehrkomponentiger Materialsysteme für die Phasenfeldmethode und Analyse der simulierten Mikrostrukturen

Abstract

Der Erstarrungsprozess mehrkomponentiger Materialsysteme ist sowohl von groser wissenschaftlicher als auch von industrieller Bedeutung. Insbesondere die gerichtete Erstarrung mehrkomponentiger Hochtemperaturwerkstoffe ist fur industrielle Anwendungen in Motoren oder Turbinen von besonderem Interesse. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Erstarrungsprozess verschiedener mehrkomponentiger Hochtemperaturwerkstoffe mit der Phasenfeldmethode \nuntersucht. Hierfur wird zunachst eine Methodik fur die Verwendung thermodynamischer Datensatze in Phasenfeldsimulationen entwickelt und vorgestellt. Mit Hilfe dieser Methodik werden thermodynamisch konsistente Modelle der Hochtemperaturwerkstoffe NiAl-34Cr und Nb-Si generiert und mittels Phasenfeldsimulationen validiert. Anschliesend werden fur beide Systeme zwei- und dreidimensionale Phasenfeldsimulationen zur Untersuchung der \nzweiphasigen eutektischen Mikrostrukturentwicklung durchgefuhrt. Ziel dieser Studien ist die Identifikation von Schlusselparametern fur die Entwicklung der sich einstellenden Mikrostruktur wahrend der gerichteten Erstarrung sowohl in geordneten eutektischen Strukturen als auch in Strukturen eutektischer Kolonien. Fur die Untersuchung des Einflusses dieser Schlusselparameter werden sowohl qualitative als auch quantitative Analysemethoden zur Untersuchung der Mikrostrukturen eingesetzt. Die vorliegende Arbeit umfasst eine vollstandige Untersuchungskette \nvon der Modellierung der Materialsysteme uber die Durchfuhrung reprasentativer Phasenfeldsimulationen bis hin zur Analyse der sich entwickelnden Mikrostrukturen.