Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Makroporosität und Oberflächenstruktur des Schaumkeramikfilters sowie der Filterposition im Gießsystem auf die Filterwirksamkeit. Der Thematik wird sich durch CFD-Simulationen mittels Flow 3D und durch Gießversuche im Technikum und der Industrie genähert. Die Simulationen ergaben eine Steigerung der Filtrationseffizienz um 20% - 30% bei der Erhöhung der Makroporosität des Filters von 20 ppi auf 30 ppi in Abhängigkeit von der Filterposition. Außerdem konnte die Abscheidung der Partikel im Filter lokalisiert werden. Die Abnahme des Partikelgehalts über die Filterlänge wurde beobachtet und in den metallographischen Auswertungen der Gießversuche bestätigt. In den Gießversuchen wurde darüber hinaus die PreFil- und PoDFA-Analyse aufgrund ihrer hohen Störanfälligkeit als wenig aussagekräftig eingestuft. Die in den Industrieversuchen eingesetzte LiMCA-Analyse liefert hingegen belastbare Ergebnisse und eine Filtrationseffizienz von bis zu 94% in Abhängigkeit von der Oberflächenstruktur des Filters.:Inhalt
1 Einleitung
2 Grundlagen der Aluminiumschmelzefiltration
2.1 Verunreinigungen in Aluminiumlegierungen
2.1.1 Aluminiumoxid
2.1.2 Aluminium-Magnesium-Mischoxide (Spinell)
2.2 Schaumkeramikfilter
2.3 Filtrationsmechanismen
2.4 Der Filter im Gießsystem
2.4.1 Arten des Gießens
2.4.2 Empfehlungen zur Positionierung des Filters im Gießsystem
2.4.3 Oxidneubildung nach dem Filter
3 Beurteilung der Aluminiumschmelzequalität
3.1 Verfahren zur Beurteilung der Schmelzequalität
3.2 Bestimmung der Filtrationseffizienz
3.3 Filtrationseffizienz von Schaumkeramikfiltern im Aluminiumguss
4 CFD-Simulation
4.1 Flow 3D
4.2 Definition der Parameter
4.2.1 Filter
4.2.2 Geometrie
4.2.3 Schmelze
4.2.4 Partikel
4.3 Definition der Randbedingungen für die Simulation
4.4 Versuchsplan
4.5 Methodik der Auswertung
4.6 Ergebnisse
4.6.1 Volumen-/Massestrom und Geschwindigkeit
4.6.2 Fließgeschwindigkeit
4.6.3 Filtrationseffizienz
4.6.4 Ablagerung der Partikel im Filter
5 Gießversuche
5.1 Materialien
5.1.1 Schaumkeramikfilter
5.1.2 Legierung AlSi7Mg0,3
5.2 Modellschmelze
5.2.1 Duralcan
5.2.2 Durchführung der Vorversuche
5.2.3 Ergebnisse der Vorversuche
5.3 Versuchsdurchführung und Methodik der Versuchsauswertung
5.3.1 Versuchsaufbau
5.3.2 Versuchsübersicht
5.3.3 Versuchsdurchführung
5.3.4 Schmelzeanalyse
5.3.5 Metallographische Auswertung des Filterbereichs
5.3.6 Auswertung PreFil-Kurven der Ausgangsschmelze und des Filtrats
5.3.7 Metallographische Auswertung der Ausgangsschmelze und des Filtrats
5.4 Ergebnisse und Diskussion
5.4.1 Schmelzeanalyse
5.4.2 Metallographische Auswertung des Filters
5.4.3 Auswertung der PreFil-Kurven
5.4.4 PoDFA-Analyse
5.4.5 Gegenüberstellung der Ergebnisse der unterschiedlichen Analysemethoden und Fehlerbetrachtung
5.4.6 Vergleich der Ergebnisse aus Flow 3D-Simulation und Realversuch
6 Filtrationsversuche im industriellen Maßstab
6.1 Materialien
6.1.1 Schmelze
6.1.2 Schaumkeramikfilter
6.2 Versuchsdurchführung und Methodik der Versuchsauswertung
6.3 Ergänzende Vorversuche mittels Wassermodell
6.4 Ergebnisse und Diskussion
6.4.1 Durchflussgeschwindigkeit und Verweilzeit der Schmelze im Filter
6.4.2 Analyse der Versuchsschmelze
6.4.3 LiMCA-Messungen
6.4.4 Metallographische Auswertung der Filter
6.4.5 Auswertung der PoDFA-Analysen
7 Zusammenfassung und Ausblick
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Literaturverzeichnis
Anhang
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:32686 |
| Date | 23 January 2019 |
| Creators | Jäckel, Eva |
| Contributors | Wolf, Gotthard, Aneziris, Christos G., TU Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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