Einfluss des Drucks auf das Umwandlungsverhalten und die Ausscheidungskinetik hochlegierter Stähle - Experiment und Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr.-Ing. Werner Theisen
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392860940

Dieses Projektvorhaben hat zum Ziel, den Einfluss hoher isostatischer Drücke auf das Umwandlungsverhalten martensitisch härtbarer Stähle und Duplexstähle zu erforschen und mögliche positive Aspekte für eine Wärmebehandlung unter Druck mit abschließender Schnellabschreckung abzuleiten. Eine neuentwickelte heißisostatische Presse mit eingebautem Abschreckmodul, die mit Gasdrücken bis 200 MPa arbeitet, wird genutzt, um Umwandlungsvorgänge unter hohem Druck zu studieren. Darüber hinaus soll eine Einordnung zum Zusammenspiel von Druck und den Legierungselementen, welche die Einhärtbarkeit steigern, vorgenommen werden. Neben den experimentellen Untersuchungen wird ein Materialmodell entwickelt und verwendet, mit welchem gleichzeitig die Pulververdichtung und die Wärmebehandlung unter isostatischem Druck (z.B. beim HIP) simuliert werden Dies dient dazu, den Einfluss des Drucks auf das resultierende Gefüge bei Komponenten realer Geometrie zu quantifizieren und die Endgeometrie von verdichteten und gleichzeitig wärmebehandelten Pulverkapseln vorherzusagen. Die druckbedingten Änderungen im Umwandlungs- und Ausscheidungsverhalten werden als Eingangsgrößen für die Berechnungen mit dem FEM-Modell genutzt. Neben dem Gefüge und der Endgeometrie ist der Eigenspannungszustand nach Verdichtung und Wärmebehandlung Gegenstand der Untersuchungen, da Wärmebehandlungen unter isostatischem Druck in der Theorie zu Eigenspannungszuständen führen, die sich von einer drucklosen Behandlung signifikant unterscheiden. Auch dieser Einfluss wird durch die Kopplung von Simulation und Experiment untersucht. Schlussendlich kann das entwickelte FEM-Modell dazu dienen, Energieeinsparungspotenziale zu erkennen. Durch die Berechnung der minimal nötigen Temperaturen und Drücke, bei denen während des heißisostatischen Pressens mit integrierter Wärmebehandlung noch eine vollständige Verdichtung und das angestrebte Gefüge erreicht werden kann, werden unnötig hohe Drücke und Temperaturen vermieden. Zudem könnte die auf den Verdichtungsprozess folgende Schnellabschreckung unter Druck den üblicherweise noch folgenden Prozess der Wärmebehandlung im Vakuumofen überflüssig machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen