Bestimmung thernophysikalischer Daten von Legierungen im Erstarrungsbereich mit einem Millisekunden-Pulskarlorimeter.

In diesem Forschungsvorhaben wurden thermophysikalische Daten als Eingangsgrößen für die Computersimulation von technischen Prozessen in der Verarbeitung von metallischen Werkstoffen ermittelt. Die erreichten Ergebnisse führen zu einer signifikanten Verbesserung in der numerischen Modellierung von Produktionsverfahren. Am Österreichischen Gießerei-Institut in Leoben wurde ein Millisekunden-Pulsheizsystems zur präzisen Messung thermophysikalischer Eigenschaften entwickelt, um Daten von Metallen bei hohen Temperaturen zu bestimmen. Dabei werden Proben durch einen hohen elektrischen Strompuls innerhalb von einigen hundert Millisekunden bis in den Erstarrungsbereich aufgeheizt. Die zeitaufgelöste Messung des Stroms und der an der Probe abfallenden Spannung ergibt die eingekoppelte Energie und den elektrischen Widerstand. Mit Hilfe eines schnellen Pyrometers wird während des Experiments die Temperatur der Probe gemessen, damit wird die spezifische Enthalpie in Abhängigkeit von der Temperatur (Wärmekapazität) erhalten. Durch die kurze Dauer des Experiments ist der Wärmetransport durch Wärmeleitung vernachlässigbar, der (geringe) Wärmeverlust durch Strahlung wird durch Messung der Temperaturänderung in der Abkühlphase gemessen und entsprechend berücksichtigt. Weiters wird der elektrische Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur aus dem Ohm`schen Gesetz berechnet; er ist bei metallischen Werkstoffen eng mit der Wärmeleitfähigkeit verknüpft (Wiedemann-Franz`sches Gesetz). Zusätzlich wird mit einem Doppel-Michelson-Interferometer hochgenau die thermische Ausdehnung in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Die am Österreichischen Gießerei-Institut erarbeiteten thermophysikalischen Daten wurden und werden interessierten Industriebetrieben zur Verfügung gestellt. Das Thema hat eine zusätzliche Aktualität, da bereits mehrere österreichische Firmen begonnen haben, numerische Prozeßsimulationen durchzuführen. Die erarbeiteten Daten kommen auch der vom Österreichischen Gießerei-Institut angebotenen Formfüllungs- und Erstarrungssimulation zugute, die Qualität dieser Dienstleistung konnte noch weiter verbessert werden.