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

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428958028

Das Projekt T-TRIP soll die bisher kaum systematisch erforschte Umwandlungsplastizität (UP) bei der Ausscheidungsbildung in Stählen unter mechanischer Belastung genauer untersuchen. Dazu sollen verschiedene Stähle aus der Klasse der martensitaushärtenden und der Vergütungsstähle als Beispielwerkstoffe untersucht werden. Die Wahl dieser Stahlklassen ergibt sich aus der technologischen Anwendung. Vergütungsstähle werden nach dem Härten üblicherweise angelassen, wodurch Karbidbildung stattfindet. Da bei Bauteilen in der Regel Eigenspannungen vorhanden sind, kommt es zu einer Ausscheidungsreaktion unter Spannungseinfluss. Dies gilt insbesondere für moderne Randschichthärtemethoden mittels elektro-magnetischer Induktion oder Lasern. Martensitaushärtende Stähle werden beispielsweise bei Schweißprozessen oder in der additiven Fertigung verwendet. Hierbei kommt es zu extrem hohen Abkühlraten und damit verbundenen thermisch bedingten Eigenspannungen. Aufgrund des Lagen-/Schichtaufbaus kommt es zu einer Wiedererwärmung bereits erstarrter Bereiche, wodurch auch hier eine Ausscheidungsbildung unter Spannungseinfluss erfolgt. Aus beiden Klassen werden Stahlsorten ausgewählt, die sich im Volumengehalt der Ausscheidungen unterscheiden. Die Untersuchungen beinhalten Umformdilatometrie zur Messung des UP Effekts bei verschiedenen angelegten Spannungen im Zug- und Druckbereich sowie isothermen und kontinuierlichen Temperaturführungen. Darüber hinaus soll ein Einfluss der angelegten Spannung auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften des Materials untersucht werden. Als Indikatoren hierfür sollen die Streckgrenze sowie die Härte nach der Wärmebehandlung bestimmt werden.Im nächsten Schritt soll eine Übertragbarkeit zwischen den Stahlklassen überprüft werden, um zu ermitteln welchen Einfluss der Ausscheidungstyp (Carbide bei Vergütungsstählen sowie intermetallische Phasen bei martensitaushärtenden Stählen) auf die Umwandlungsplastizität hat. Hierbei werden mit Hilfe röntgenographischer sowie elektronenmikroskopischer Methoden die Eigenschaften der Matrix sowie die Morphologien der Ausscheidungen charakterisiert.Die so gewonnenen Erkenntnisse sollen dann mit Hilfe der Ergebnisse aus der mikroskopischen Charakterisierung interpretiert und bewertet werden, um einen genaueren Einblick in die Mechanismen beim Anlassen bzw. der Ausscheidungsbildung zu geben. Die ermittelten Abhängigkeiten der gemessenen Umwandlungsplastizität sollen dann mit Hilfe geeigneter Modelle für alle verwendeten Stahlklassen beschrieben werden. Für die jeweiligen Stähle soll insbesondere die Abhängigkeit vom ausgeschiedenen Volumengehalt mit der für den UP-Effekt charakteristischen Umwandlungsplastizitätskonstante korreliert werden. Abschließend kann somit aus den Ergebnissen und erstellten Modellen der Übertrag auf die technologische Anwendung im Bereich der Wärmebehandlung und des Bauteilverzugs ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Stefan Dietrich; Professorin Dr. Astrid Pundt