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Murali Uddagiri

• Multi-scale numerical simulations are performed to contribute to the further development of manufacturing technology of single crystal Ni-based superalloys using the powder bed fusion additive manufacturing processes. At the micro-scale, multi-phase-field simulations are employed to investigate key microstructural phenomena, including nucleation, dendritic growth, and solute redistribution. At the macro-scale, the influence of process parameters on melt pool dynamics, heat transfer, and macroscopic defect formation is simulated using the computational fluid dynamics model. One of the major limitations of phase-field models is overcome by enabling direct coupling of phase filed to CALPHAD-based thermodynamic and kinetic databases allowing study of microstructure evolution in real alloy systems. The 3D simulation results provide a comprehensive description of the complex segregation behaviour of alloying elements along with their influence on the phase transformation kinetics.
• Multiskalensimulationen werden zur Weiterentwicklung von einkristallinen Ni-Basis-Superlegierungen mit Hilfe der Additivefertigung durchgeführt. Auf der Mikroebene werden Phasenfeldsimulationen eingesetzt, um wichtige mikrostrukturelle Phänomene zu untersuchen, darunter Keimbildung, dendritisches Wachstum und Umverteilung gelöster Stoffe. Auf der Makroebene wird der Einfluss von Prozessparametern auf die Dynamik des Schmelzbades und die Wärmeübertragung mit Hilfe eines numerischen Strömungsmodells simuliert. Eine der größten Einschränkungen von Phasenfeldmodellen wird überwunden, indem eine direkte Kopplung des Phasenfelds mit CALPHAD-basierten thermodynamischen und kinetischen Datenbanken ermöglicht wird, die eine Untersuchung der Mikrostrukturentwicklung in realen Legierungssystemen erlauben. Die 3D-Simulationsergebnisse liefern eine umfassende Beschreibung des komplexen Entmischungsverhaltens von Legierungselementen sowie deren Einfluss auf die Phasenumwandlungskinetik.