Programm

Programm

Verformungsmechanismen von HMnS
Verformungsmechanismen von HMnS
und charakteristische Stapelfehlerenergie
für den TWIP/TRIP Übergang.
Für die Arbeit wurde das System Fe-Mn-C ausgewählt, da bei Stählen aus diesem System die mechanischen Eigenschaften auf unterschiedliche metallphysikalische Verformungsmecha­nismen - Versetzungsgleiten, TRIP, TWIP etc. - zurückzuführen sind. Gefügeausbildung und Verformungsmechanismen werden bei diesen Stählen wesentlich über die chemische Zusammensetzung gesteuert. Dies macht das System Fe-Mn-C besonders attraktiv für die Anwendung von ab initio Methoden, da diese einen unmittelbaren Zugang zur Wechselwirkung zwischen chemischer Zusammen­setzung, Verformungs-mechanismen, Mikrostruktur und makroskopischen Eigenschaften ermöglichen. Das System Fe-Mn-C bietet die Möglichkeit, eine neue Klasse von Strukturwerkstoffen für Großserien-anwendungen herzustellen. Diese Strukturwerkstoffe sind bevorzugt zur Herstellung von Blechen, Bändern und Profilen geeignet, mit denen höhere Sicherheitsstandards sowie ein deutlich reduziertes Gewicht bei Leichtbaustrukturen (Luftfahrt, Automobil und Tragwerke) erreicht werden können. Diese Werkstoffklasse ermöglicht durch verkürzte Prozesswege und Integration von Umformstufen eine effektive und kostengünstige Produktion.

 

Mechanismenkarte
Mechanismenkarte über den Zusammenhang
zwischen Verformungsmechanismen,
chemischer Zusammensetzung und
Temperatur und Stapelfehlerenergie

Im 2. Antragszeitraum konzentrieren sich die Untersuchungen weiterhin auf das Legierungssystem Fe-Mn-C. Allerdings wird das System in einigen Versuchsvarianten um das substitutionell gelöste Atom Al erweitert. Dies bietet einerseits die Möglichkeit den in jüngster Zeit erkannten Verformungsmechanismus der Mikrobandbildung mit in das Untersuchungsprogramm zu integrieren sowie einen weiteren Parameter zur Beeinflussung der Stapelfehlerenergie zu nutzen. Andererseits kann auf aktuelle industrielle Entwicklungen reagiert werden. Darüber hinaus werden besonders anspruchsvolle Fragestellungen aufgegriffen, z. B. bezüglich der Rolle des Wasserstoffs in hochfesten Stählen. Insgesamt wird das Ziel verfolgt, die bisherige Zusammenarbeit teilprojektübergreifend weiter zu intensivieren, Methoden für die Evaluierung der Modelle aufzuzeigen und die entwickelten Modellvorstellungen auch quantitativ für die ingenieurmäßige Entwicklung von Werkstoffen und deren Herstellungsprozessen zu nutzen.

 

3D-Mechanismenkarte des Systems Fe-Mn-C-Al
3D-Mechanismenkarte des Systems Fe-Mn-C-Al
mit Ausscheidungsvorgängen
Im dritten Antragszeitraum soll das Werkstoffspektrum erneut erweitert werden. Es werden Werkstoff­konzepte mit niedrigeren Mangangehalten (z. B. 5 – 12 Massen-% statt bisher >15 Massen-%) aufgegriffen. Nach geeigneter Wärmebehandlung weisen diese mittel Mangan Stähle ein zweiphasiges Gefüge aus metastabilem Austenit und Martensit auf. Die wissenschaftliche Herausforderung liegt nun darin begründet, dass die verschiedenen Verformungs­mechanismen des Austenits weiterhin wirken, die austenitische Phase aber in eine kubisch-raumzentrierte Matrix eingebunden ist. Somit spielen die mechanischen, kristallografischen und chemischen Wechselwirkungen an den Grenzflächen eine bedeutende Rolle. Während in der ersten Phase die Stapelfehlerenergie als primäre Steuergröße betrachtet wurde, kam in der zweiten Phase eine detailliertere Gefüge­beschreibung hinzu, die besonders Korn­größen- und Segregationseffekte berücksichtigt. Zukünftig werden auch die Volumenanteile der beteiligten Gefügekomponenten, deren Größe und Morphologie als wichtige Parameter einbezogen. Schließlich greift der SFB mit den zusätzlich aufgenommenen Werkstoffen auch einen aktuellen Trend der industriellen Legierungsentwicklung auf. Hier sind es vor allem die Legierungskosten und fertigungstechnischen Randbedingungen, die den Wunsch nach geringer legierten Werkstoffen mit ähnlich attraktiven Eigenschaften wie bei den rein austenitischen hoch Mangan Stählen aufkommen lassen.

 

Für die dritte Projektphase von 2015 bis 2019 sind folgende Ziel definiert:

  • Weiterentwicklung und Validierung der bisher eingeführten Modellierungsmethoden
  • Erweiterung der Modellierungsansätze zur Berücksichtigung von Mehrphasigkeit und die dadurch hinzukommenden Grenzflächen
  • Erweiterung des experimentellen Untersuchungsumfangs in Bezug auf die Beanspruchung und die Spannungszustände bei der mechanischen Charakterisierung
  • Fortführung der numerischen und experimentellen Untersuchungen mit einem Schwerpunkt bei der Mikroband-induzierten Plastizität (MBIP)
  • Nutzung hochauflösender Methoden zur Charakterisierung von nanostrukturierten Werkstoffen
  • Ingenieurmäßige Steuerung und Evaluierung des Verfestigungsverhaltens neuer Stähle für ausgewählte Anwendungen (Cloud I)
  • Untersuchung grenzflächendominierter Phänomene zwischen Matrix und Zweitphase zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften (Cloud II)
  • Mechanismenorientierte Charakterisierung und Modellierung von Wasserstoff-induzierter Schädigung (Cloud III)
  • Umsetzung von Erkenntnissen des SFB in Transferprojekten