Gefügesimulation

Mit computergestützten Methoden untersucht Access die Mikrostrukturentwicklung in metallischen Werkstoffen entlang der Herstellungs- und Verarbeitungskette. Die Simulationsmodelle liefern quantitative Zusammenhänge zwischen Prozess und Gefüge sowie Gefüge und Eigenschaften. Dafür entwickelt und vertreibt ACCESS die Softwarepakete MICRESS und HOMAT.

Neben den unterschiedlichsten Gießverfahren (u. a. Sandguss, Kokillenguss, Druckguss oder gerichtete Erstarrung zur Herstellung von Einkristallen) beschäftigt Access sich mit den Fügeverfahren Schweißen und Löten, sowie der Gefügeentwicklung, insb. Festphasenumwandlungen im Verlauf von Wärmebehandlungsschritten. Die Übertragung und Erweiterung der Simulationsmodelle für die Beschreibung von Erstarrungsgefügen bei Additiver Fertigung ist ein weiteres, neues und spannendes Arbeitsfeld. Für die thermodynamische Werkstoffbeschreibung mehrkomponentiger Legierungen nutzt Access den CALPHAD-Ansatz sowie Programme und Datenbanken von Thermo-Calc Software.

Aktuelle Entwicklungen zielen auf eine durchgängige digitale Beschreibung der Werkstoffgefüge über Prozessgrenzen hinweg, sowie auf eine Verknüpfung verschiedener Simulationsmodelle auf unterschiedlichen Skalen. Ein Beispiel ist die Verknüpfung von Prozessmodellen auf Bauteilskala mit einer lokalen Gefügebeschreibung für den Werkstoff. Der Datenaustausch und die Interaktion von verschiedenen Simulationsrechnungen kann z. B. über die offene Simulationsplattform AIXVIPMAP realisiert werden.

An den oben aufgeführten Themen arbeitet Access im Rahmen von öffentlich geförderter Grundlagenforschung, anwendungsorientierter Gemeinschaftsforschung oder im direkten Auftrag mit unseren Kunden.

Software

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MICRESS (MICRostructure Evolution Simulation Software) ist die zentrale Software für die orts- und zeitaufgelöste Simulation der Gefügeentwicklung in metallischen Werkstoffen. MICRESS wird seit mehr als 20 Jahren bei Access entwickelt und seit 2004 bei akademischen und industriellen Anwendern weltweit in Lizenz genutzt. Ein Alleinstellungsmerkmal ist die Laufzeitkopplung an thermodynamische Datenbanken über das sog. TQ-Interface von ThermoCalc.

Neuere Softwareentwicklungen sind das Programmpaket HOMAT zur Berechnung von effektiven Eigenschaften von z.B. komplexen mehrphasigen Gefügestrukturen oder Verbundwerkstoffen.

Die Verknüpfung von unterschiedlichen Softwaretools im Sinne des ICME (Integrated Computational Materials Engineering) für eine durchgängige, simulative Abbildung kompletter Prozessketten unterstützen wir durch die Entwicklung der freien Simulationsplattform AIXVIPMAP.

Mit Hilfe von MICRESS lassen sich eine Vielzahl von Vorgängen auf der Gefügeskala simulieren und somit quantitativ untersuchen. Dazu zählen u.a.

  • zellulare und dendritische Erstarrungsmorphologien
  • gerichtete und equiaxiale Erstarrung
  • eutektische und peritektische Erstarrung
  • Keimbildungsvorgänge
  • Festkörperphasenumwandlungen inkl. mechanischer Spannungen
  • Reifungsvorgänge bei Wärmebehandlung

Simulationsbeispiele