Solidification Kinetics in Undercooled Pure Iron and Iron-Boron Alloys under Different Fluid Flow Conditions

Abstract

Die Methode der elektromagnetischen Levitation wurde zum behälterfreien Unterkühlen und Erstarren von reinem Eisen und Eisen-Bor-Legierungen unterschiedlicher Konzentrationen (dendritisches und eutektisches Wachstum) verwendet. Experimente wurden unter verschiedenen konvektiven Bedingungen im Erdlabor, unter reduzierter Schwerkraft bei Parabelflugmissionen, sowie in starken Magnetfeldern durchgeführt, um die Wachstumsgeschwindigkeiten als Funktion der Unterkühlung zu messen. Dabei wurde die Propagation der Erstarrungsfront in situ mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet und erstmals auch unter Verwendung einer Infrarotkamera. Nicht nur die Wachstumskinetik, sondern auch die Morphologie unterliegt dem Einfluss der Konvektion und es konnten erstmals "gebogen" wachsende Dendriten in situ an schwebenden Metallschmelzen beobachtet werden. Zur Analyse der Messdaten wurde ein "Sharp Interface Model" verwendet, mit dem die Messergebnisse quantitativ reproduziert werden konnten.