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A comparative in situ X-radiography and DNN model study of solidification characteristics of an equiaxed dendritic Al-Ge alloy sample

Becker, Maike und Sturz, Laszlo und Bräuer, Dirk und Kargl, Florian (2020) A comparative in situ X-radiography and DNN model study of solidification characteristics of an equiaxed dendritic Al-Ge alloy sample. Acta Materialia, 201, Seiten 286-302. Elsevier. doi: 10.1016/j.actamat.2020.09.078. ISSN 1359-6454.

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Kurzfassung

In situ X-radiography imaging during the isothermal solidification of a 200 µm thin Al-24 at.% Ge sample was performed to determine dendritic growth rates, liquid concentrations and projected solid fractions. The experimental data allowed to follow dendrite tip growth velocities with high accuracy all the way from the initial transient growth related decrease of velocity via the expected increase of velocity during free dendrite growth to its final decrease during neighbor interacted growth. Concentration profiles in front of individual dendrite tips were measured to analyze the increase in far-field solute concentration due to solute accumulation. By time-resolved imaging of almost the entire 12 mm diameter sample, the global melt concentration could be derived. This enabled to estimate the initial nucleation undercooling of this un-refined alloy, which was so far unresolved. The experimental results are compared to a three-dimensional dendrite needle network model that simulates the experimental conditions, such as hexagonal dendrite structures and confined sample geometry. Although the simulation results are very sensitive to variations of the parameters undercooling and dendrite selection constant, one model parameter set is found that reproduces all experimentally measured solidification characteristics. The thorough experiment-model comparison indicates that the dendritic growth rates in this experimental configuration can be lower by a factor of 7 depending on undercooling than in the non-confined case.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136709/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A comparative in situ X-radiography and DNN model study of solidification characteristics of an equiaxed dendritic Al-Ge alloy sample
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Becker, MaikeMaike.Becker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6732-5411NICHT SPEZIFIZIERT
Sturz, Laszlol.sturz (at) access-technology.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bräuer, Dirkdirk.braeuer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kargl, FlorianFlorian.Kargl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2020
Erschienen in:Acta Materialia
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:201
DOI:10.1016/j.actamat.2020.09.078
Seitenbereich:Seiten 286-302
Verlag:Elsevier
ISSN:1359-6454
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Röntgenradiographie, Al-Ge-Legierung, Echtzeit-Erstarrung, dendritisches Wachstum, Simulation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Materialforschung und Mikrogravitation (MuM)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Materialphysik im Weltraum
Hinterlegt von: Becker, Maike
Hinterlegt am:02 Nov 2020 13:50
Letzte Änderung:02 Nov 2020 13:50

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