The influence of hydrodynamic flow on microstructure evolution during solidification

Siquieri, Ricardo; Emmerich, Heike

doi:2506

The influence of hydrodynamic flow on microstructure evolution during solidification = Der Einfluß von Konvektion auf die Entwicklung der Mikrostruktur während des Erstarrungsprozesses

Siquieri, Ricardo

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ricardo Siquieri

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangIV, 121 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zusammenfassung in engl. und dt. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Emmerich, Heike (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-07-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-25068
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50263/files/Siquieri_Ricardo.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Modellierung (Genormte SW) ; Erstarrung (Genormte SW) ; Gerichtete Erstarrung (Genormte SW) ; Konvektion (Genormte SW) ; Phasenfeldmodell (Genormte SW) ; Mikrostruktur (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Sharp-Interface-Modellierung (frei) ; eutektisches Wachstum (frei) ; peritektisches Wachstum (frei) ; Sharp-interface model (frei) ; phase-field model (frei) ; dendritc growth (frei) ; eutectic growth (frei) ; peritectic growth (frei) ; convection (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
pacs: 64.70.Dv

Kurzfassung
Die numerische Simulation von Kristallwachstum und Erstarrungsprozessen hat in jüngerer Zeit erhöhte Aufmerksamkeit durch die Industrie erhalten, da sie ein starkes Werkzeug für die Entwicklung und Optimierung von Arbeitsprozessen in der Erzeugung von Legierungen darstellt. In dieser Arbeit stellen wir eine detaillierte Studie über den Einfluß von Konvektion auf die Entwicklung der Mikrostruktur während des Erstarrungsprozesses vor. Als erster Schritt wird ein klassischer Sharp Interface-Ansatz in Kombination mit einem Präzisionslösungsverfahren für Flussprobleme verwendet, um dendritisches Wachstum unter dem Einfluß von aussen angelegten Strömungen zu lösen. Des weiteren wurden Konvektionseffekte in ein vorhandenes quantitatives Phasenfeldmodell [Phys. Rev. E, 70 (2004) 061604] eingebaut, welches für die Simulation von dendritischem Wachstum in binären Legierungen entwickelt wurde. Dieses erweiterte Modell wurde verwendet, um die Erstarrung einer Fe-Mn-Legierung unter externen Strömungen zu untersuchen. Darüber hinaus stellen wir eine Erweiterung eines quantitativen Phasenfeldmodells für Zweiphasenwachstum [Phys. Rev. E, (2005) 72 011602] vor, welches natürliche und extern angelegte Konvektionseffekte in der Schmelzphase berücksichtigt. Wir verwenden diese Erweiterung, um gerichtete Erstarrung von eutektischen Lamellen unter dem Einfluß von Strömung sowie heterogene Nukleation und Mikrostrukturbildung von peritektischem Wachstum unter Berücksichtigung von Strömung zu untersuchen.

Numerical simulation of solidification and crystal growth has attracted industrial attention as a powerful engineering tool for processes and alloy optimization. In this work we present a detailed study of the influence of flow on the microstructure evolution during solidification. First, we use a classical sharp interface approach combined with an accurate fluid flow solver to simulate dendritic growth under the influence of an imposed flow. Secondly, we include convection effects into an existing quantitative phase-field model [Phys. Rev. E, 70 (2004) 061604] that is meant to simulate dendritic growth of a binary alloy. We apply it to investigate the solidification of a Fe-Mn alloy under external flows conditions. In addition, we present an extension of the quantitative phase-field model of two-phase growth [Phys. Rev. E, (2005) 72 011602] that includes natural and forced convection effects in the melt phase. We use this extension to investigate directional solidification of eutectic lamellae under the influence of convection as well as heterogeneous nucleation and microstructure formation of peritectic growth in the presence of convection.

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