Integratives Werkstoff- und Prozessmodell zur Korrelation der Phasenmorphologie mit dem Fließverhalten von auf kugeligen Zementit geglühten niedriglegierten Kohlenstoffstählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rudolf Kawalla; Professor Dr.-Ing. Stefan Weihe, seit 4/2023
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433641220

Die mechanischen Eigenschaften mehrphasiger Stahlwerkstoffe wie Festigkeit, Zähigkeit und Duktilität sind nicht allein von deren chemische Zusammensetzung und dem Volumenanteil an Phasenbestandteilen abhängig. Vielmehr übt auch die Mikrostrukturmorphologie, die im Zuge der Halbzeugherstellung und -wärmebehandlung wie z.B. des Glühens auf kugeligen Zementit (GKZ) eingestellt wird, einen ausgeprägten Einfluss aus. Mit diversen Untersuchungen wurde beispielsweise der Einfluss der Zementitmorphologie auf die mechanischen Eigenschaften GKZ-geglühter Stähle bereits nachgewiesen. Im aktuellen Stand der Forschung fehlt allerdings das grundlegende Verständnis zum integrativen Zusammenhang zwischen den Wärmebehandlungsbedingungen und den resultierenden Fließeigenschaften eines Stahlwerkstoffes über die Morphologieveränderung seiner Mikrostruktur. Der Lösung dieser Problemstellung widmet sich dieses Vorhaben, in dem die komplexen Wechselwirkungen experimentell ermittelt und analysiert sowie darauf aufbauend ein numerisches Modell erstellt werden soll. Verschiedene Untersuchungstechniken aus dem Bereich rein thermischer und mit äußerer Spannung unterstützter Wärmebehandlung, der REM-in situ-, -2D- und -3D-Metallographie, der Bestimmung von individuellen Phaseneigenschaften sowie multiaxialer Massivumformung stellen dabei das experimentelle Herangehen dar. Das nummerische Modell soll sich mehrere simulative Werkzeuge wie der Phasenfeldtheorie zur zeitlichen und örtlichen Entwicklung von Phasen, des repräsentativen Volumenelementes zur Ermittlung von Endeigenschaften des Werkstoffes und der künstlichen neuronalen Netze zur Übertragung der erzielten Ergebnisse auf andere Werkstoffe bedienen. Zur Validierung des Modells sind experimentelle Untersuchungen zur praxisnahen Charakterisierung der Umformbarkeit erforderlich. Das Ergebnis der Modellierung soll zum verbesserten Verständnis der Zusammenhänge zwischen Festigkeitseigenschaften, Mikrostrukturentwicklung und Weichglühparametern beitragen. Ein praxisrelevanter Vorteil eröffnet sich durch die Möglichkeit, invers über die aufgestellten Zusammenhänge die erforderlichen Fließeigenschaften entsprechend des jeweiligen nachfolgenden Umformprozesses gezielt steuern zu können, unnötige Glühstunden einzusparen und eine Austauschbarkeit von Stahlwerkstoffen zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Sergey Guk
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Schmauder, bis 3/2023