Polygonales Keimwachstum

 

Bildet sich bspw. ein Keim an der Oberfläche einer Kokillenwand, dann wird die freiwerdende Kristallisationswärme an der Wachstumsfront häufig über den erstarrten Kristall und anschließend über die Gefäßwand abgeleitet. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Schmelze in der Regel eine höhere Temperatur als die Kokillenwand besitzt und die Wärmeabfuhr schließlich stets in Richtung abnehmender Temperatur erfolgt (positiver Temperaturgradient in Richtung Schmelze). Dies wird unter anderem auch dann der Fall, wenn die Schmelze nur relativ gering unterkühlt ist. Der Kristall wächst dann in ein Gebiet mit höherer Temperatur als er selbst. Eine sich eventuell bildende (vorauseilende) Verästelung des Kristalls würde dann wieder aufschmelzen. Deshalb bleibt die Erstarrungsfront relativ eben. Man spricht dann auch von einer stabilen Wachstumsfront. Je nachdem wie stark die Wärmeabfuhr über den Kristall geschieht wachsen eher rundliche Kristalle (Globulite) oder längliche Kristalle (Stängelkristalle).

  • Beim polygonalen (stabilen) Kristallwachstum erfolgt die Abfuhr der Kristallisationswärme über den Kristall selbst.

Polygonales Keimwachstum, Kristallwachstum, Erstarrungsfront

Abbildung: Polygonales Keimwachstum

Dies erklärt auch das typische Drei-Zonen-Gussgefüge eines erstarrten Gussblocks (Primärgefüge). In der Nähe der Gefäßwand bildet sich aufgrund der starken isotropen Unterkühlung durch die kühle Gefäßwand ein sehr feinkörniges Gefüge mit rundlichen Körnern (Zone I). Anschließend erhält man eine Zone mit länglichen Körnern aufgrund der stark gerichteten (anisotropen) Wärmeabfuhr in Richtung Gefäßwand (transkristalline Zone II). Im Inneren des Gussblocks erhält man durch die relativ geringe (isotrope) Abkühlung bzw. Unterkühlung wiederum eine sehr grobkörnige Gefügestruktur (Zone III). Durch nachträgliche Wärmebehandlung kann dieses heterogene Gefüge in ein homogenes Gefüge mit entsprechend gewünschten Eigenschaften überführt werden (Sekundärgefüge).

Drei, 3, Zonen, Guss-Gefüge

Abbildung: Drei-Zonen-Gussgefüge