Verbesserte Filter für Turbulenzkontrolle und Anfahren ohne Einfrieren bei reduzierter Vorwärmtemperatur

Projektziele

Das Forschungsvorhaben konzentriert sich auf zwei Hauptprobleme im Zusammenhang mit dem Metallguss: 

1. die Verbesserung der Turbulenzkontrolle der Schmelzeströmung beim Einsatz von Keramikschaumfiltern vor dem Eintritt der Schmelze in die Gießform und
2. eine erhöhte Energieeffizienz durch Reduzierung der Vorwärmung von Schmelze und Filter während des Anfahrvorgangs.

Methoden

Zur Herstellung von Gussteilen mit reduzierter Fehlerdichte zielt das aktuelle Projekt auf eine systematische Turbulenzkontrolle durch spezifische Schaumkeramikfilter ab. Hierzu werden sowohl Flüssigmetall-Gießversuche als auch numerische Simulationen durchgeführt. Dabei werden die Auswirkungen unterschiedlicher geometrischer Eigenschaften des Schaums auf die Strömungskonditionierung numerisch untersucht und die Leistungsfähigkeit einzelner Schaumstrukturen, von denen überlegene Eigenschaften zu erwarten sind, in Metallgießversuchen getestet.

Ziel des Projektes ist es außerdem, den mit der Vorwärmung verbundenen hohen Energieaufwand beim Anfahrvorgang zu reduzieren. Zur experimentellen Untersuchung des Anfahrvorgangs sollen beim Anwendungspartner Infiltrationsversuche mit kontrollierter Vorwärmung durchgeführt werden. Gleichzeitig soll durch detaillierte numerische Simulationen ein besseres Verständnis der Wärme- und Stoffübertragung während der Schauminfiltration erreicht werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden neuartige Schaumstrukturen entwickelt und getestet, die es ermöglichen, die Vorwärmtemperatur der Schmelze zu senken und gleichzeitig eine hohe Prozesssicherheit und -zuverlässigkeit zu gewährleisten. 

Da numerische Simulationen auf der Porenskale mit einem hohen Rechenaufwand verbunden sind, werden Makro-Modelle auf Basis des Homogenisierungsansatzes entwickelt, um sowohl die Strömungskonditionierung als auch die Infiltration schnell und zuverlässig vorhersagen zu können. Diese Modelle erfordern unterschiedliche effektive Eigenschaften, die hauptsächlich durch recheneffiziente numerische Simulationen an erheblich kleineren Filtergeometrien bestimmt werden.