Institut für Digitale Materialforschung
Forschungskompetenzen
Die Herstellung von fast jedem künstlich hergestellten Objekt und Material erfordert irgendwann auch die Erstarrung. Metallische Legierungen gehören zu der Materialgruppe, die in industriellen Anwendungen, z. B. in der Gießereiindustrie, am häufigsten eingesetzt wird. Während der Herstellung von Gussteilen kommt es zur Erstarrung von metallischen Legierungssystemen, die viele verschiedene Phasen und folglich unterschiedliche Phasenübergänge einschließt. Die Erstarrung wird von einer komplexen Gefügeausbildung begleitet. In Abhängigkeit von den Prozessbedingungen und den Materialparametern können in diesen Mikrostrukturen beim Wachstum unterschiedliche Morphologien beobachtet werden. Der spezifische Erstarrungsprozess hat einen starken Einfluss auf die Materialeigenschaften und die Qualität der Gussteile. Um die materiellen Eigenschaften in der Industrieproduktion zu verbessern, ist das detaillierte Verständnis der dynamischen Entwicklung von Korn- und Phasengrenzen während des Erstarrungsprozesses für die praktischen Bedürfnisse von großer Wichtigkeit. In echten Metalllegierungen kann der Erstarrungsprozess nicht an Ort und Stelle beobachtet werden, sodass mathematische Modellierungen und numerische Simulationen wertvolle Informationen über die Bildung der Mikrostruktur liefern und es möglich machen können, Vorhersagen über die Eigenschaften der sich entwickelnden Morphologie zu treffen. Die computergestützte Modellierung hat generell die Absicht, Material mit spezifischen Eigenschaften zu entwerfen und die Produktionsprozesse zu verbessern.
Aus diesem Grund konzentrieren sich die grundlegenden Forschungsaktivitäten unserer Forschergruppe auf die Modellierung und auf numerische Simulationen der Erstarrung und der Gefügeausbildung für echte metallische Legierungen und andere Materialien. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Beschreibung der Phasenumwandlungsprozesse in mehrkomponentigen Mehrphasensystemen, unter der Berücksichtigung von Massen- und Wärmediffusion, Konvektion, Anisotropie und Elastizität. Ein weiteres Ziel ist die analytische und numerische Untersuchung mehrskaliger Erstarrungsphänomene, die auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen auftreten. Unsere Forschergruppe ist äußerst interdisziplinär und schließt die Materialwissenschaft, die Mathematik, die Physik und computergestützte Wissenschaften ein.
Kreditpunkte sowie Informationen über den parallelen 3D-Simulations-Solver können hier gefunden werden: PACE3D (Parallel Algorithms for Crystal Evolution in 3D).