Flüssige Metalle – Gusseisen

Probenhalter für flüssige Metalle (Saphir)

Reduzierte Entwicklungszeiten und -kosten, Optimierung der Fertigungsprozesse und geringere Massen trotz immer höheren Anforderungen an thermische belastete Bauteile sind wichtige Ziele der Automobilindustrie. So werden beispielsweise numerische Simulationen eingesetzt, um die Temperaturverteilung innerhalb der Motorkomponenten während des Gießvorgangs vorherzusagen. 

Eine Grundvoraussetzung dafür ist die Kenntnis der thermo-physikalischen Eigenschaften des Gusswerkstoffs über den gesamten Temperaturbereich. In dieser Application Note werden die Ergebnisse zur Messung der thermophysikalischen Eigenschaften von Gusseisen vorgestellt. Die LFA-Messungen wurde in einem speziellen Saphirbehälter für Messungen von flüssigen Metallen durchgeführt. Dieser Behälter sorgt für definierte Abmessungen der Flüssigkeit.

Messbedingungen

• Temperaturbereich: RT bis 1400 °C 
• Probenhalter: Saphir für flüssige Metalle 
• Probendicke: 1,5 mm 
• Vorbereitung der Probenoberfläche: sandgestrahlt 
• c_p, erhalten mittels DSC-Messungen, verwendeter Standard Saphir

Messergebnisse

Die TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit und die Spezifische Wärmekapazität (cp)Die spezifische Wärmekapazität oder Wärmekapazität ist eine messbare physikalische Größe, die dem Verhältnis der einem Objekt zugeführten Wärme zur resultierenden Temperaturänderung entspricht.spezifische Wärmekapazität (gemessen mit einer DSC, siehe Abbildung 1) zeigen ein typisches Verhalten beim Curie-Übergang (Phasenübergang 2. Ordnung). Die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit nimmt nahezu kontinuierlich bis zur Schmelze ab. Eine charakteristische Stufe in der Temperatur-/WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit wurde für den Phasenübergang (fest/flüssig) oberhalb von 1150 °C detektiert.

Der Grund dafür ist der Zusammenbruch der Gitterstuktur während des Phasenübergangs. Dies verdeutlicht, dass die LFA-Methode nicht auf feste Materialien mit definierten Abmessungen beschränkt ist. Mit dem Probenhalter für flüssige Metalle ist die Messung von Eisenlegierungen auch in der flüssigen Phase möglich.

Test Conditions

• Temperature range: 
  • RT to 1400°C 
• Sample holder: 
  • Sapphire for liquid metal 
• Sample thickness: 
  • 1.5 mm 
• Sample surface preparation: 
  • Sandblasted 
• c_p from DSC, standard used: 
  • Sapphire