DFG Projekt T-TRIP: Untersuchung der Umwandlungsplastizität bei Ausscheidungsbildung bei Vergütungsstählen und martensitaushärtenden Stählen

M.Sc. Niki Nouri

Motivation

Umwandlungsplastizität ist die anisotrope, bleibende Verformung, die durch eine Phasenumwandlung unter Spannung verursacht wird. Sie beeinflusst den Bauteilverzug und den Eigenspannungszustand nach einer Wärmebehandlung, welche als Zielgrößen in vielen Fertigungstechnologien entscheidend für die Einsetzbarkeit des Bauteils sind. Die bisher existierenden Untersuchungen zum Spannungseinfluss auf Ausscheidungsreaktionen in Stählen zeigen eine gravierende Lücke im Wissensstand über die mikrostrukturellen Mechanismen und Korrelationen der umwandlungsplastischen Verformung. Daher spielt die Simulation und Vorhersage von Mikrostruktur- und Spannungszuständen nach einer Anlasswärmebehandlung eine wichtige Rolle, insbesondere für Fertigungsprozesse, bei denen (Eigen-)Spannungen während der Ausscheidungsbildung vorhanden sind (z.B. Anlassen oder laserbasierte additive Fertigung).

Ziele

Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Projekts ist die Ermittlung der dominierenden Mechanismen der Umwandlungsplastizität bei der Ausscheidungsbildung in Vergütungs- und martensitaushärtenden Stählen. Basierend hierauf soll ein beschreibendes kinetisches Modell entwickelt werden, welches zukünftig eine Nutzung der Mechanismen durch gezielte Einstellung der Einflussgrößen ermöglichen soll. Daraus ergeben sich folgende Zielsetzungen:

• Untersuchung der Dehnungsänderung durch die Umwandlungsplastizität in Abhängigkeit von der angelegten Spannung für die verschiedenen Ausscheidungsreaktionen.
• Bestimmung der Abhängigkeit der umwandlungsplastischen Dehnung vom Fortschritt der Phasenumwandlung für die einzelnen Ausscheidungsreaktionen und Verknüpfung mit den durch die Stahlauswahl entstehenden mikrostrukturellen Zuständen.
• Beschreibung und Bewertung der mikrostrukturellen Einflussgrößen wie Versetzungsdichten, Karbidgrößen und -verteilungen sowie Einfluss der Matrixhärte auf die Phasenumwandlungskinetik und die verknüpfte Umwandlungsplastizität.
• Durch die Schaffung eines besseren Verständnisses des umwandlungsplastischen Effekts und seiner Material- und belastungsspezifischen Abhängigkeiten sowie der mathematischen Modellierung wird die Grundlage für eine Prozessoptimierung des Anlassens im Hinblick auf Materialauswahl und Prozessführung über FEM Simulationen unter Einbeziehung geeigneter Experimente geschaffen.

Untersuchungen

• Dilatometrische Untersuchung der Umwandlungsplastizität bei der Ausscheidungsbildung karbidausscheidender und martensitaushärtender Stähle unter Variation der Einflussfaktoren.
• Mechanische Charakterisierung (z.B. Härte und Stauchgrenze) der angelassenen Stähle, sowie mikrostrukturelle Charakterisierung anhand REM/TEM Aufnahmen und röntgenografische Analyse.
• Modellierung der Ausscheidungsentwicklung und Umwandlungsplastizität beim Anlassen zur Überprüfung der TRIP-Modellen und Charakterisierung der Abhängigkeiten unter mikrostruktureller Eigenschaften.