Entwicklung von Methoden zum Legierungsdesign für austenitische Stähle mit homogenem Verformungsverhalten und hoher Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Weber
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456380481

Im Rahmen bereits abgeschlossener Forschungsvorhaben konnte der Einfluss der lokalen Stabilität der kfz-Phase, resultierend aus dem Erstarrungsverhalten konventionell gefertigter Werkstoffe, auf die Wasserstoffversprödung metastabiler austenitischer Stähle untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die Werkstoffreaktion auf Deformation und die resultierende lokale Umwandlung der kfz- in die martensitische krz-Phase die Wasserstoffversprödung maßgeblich beeinflusst. Anhand dieses Wissens wurde im Rahmen der Bearbeitung des Erstantrages eine computergestützte automatisierte Optimierung eines konventionellen Stahls 1.4307 durchgeführt und dieser entsprechend charakterisiert. Ebenfalls konnte der Einfluss der Temperatur auf die verformungsinduzierte Umwandlung der kfz-Phase gezeigt werden und Risse resultierend aus der Wasserstoffversprödung dreidimensional quantitativ ausgewertet werden. Als Vorarbeiten für das hier beantragte Fortsetzungsprojekt konnten die entwickelten Methoden zur Charakterisierung der lokalen Gefügeinhomogenitäten an Bauteilen, die mit PBF-LB/M hergestellt wurden, erfolgreich angewendet werden. Diese Untersuchungen bilden die Basis, da Gefügefehler einen großen Einfluss auf das Wasserstofftrapping und damit auch die Wasserstoffversprödung austenitischer Stähle ausüben können. Dieser Einfluss soll im Rahmen des beantragten Vorhabens untersucht und quantifiziert werden, wobei verschiedene Fertigungsverfahren miteinander verglichen werden sollen. Zu diesem Zweck wird die konventionell hergestellte, im Rahmen des Erstantrags entwickelte, optimierte Legierung sowohl schmelz- als auch pulvermetallurgisch hergestellt und anschließend per PM-HIP und PBF-LB/M verarbeitet und z.T. wärmebehandelt. Anhand dieser verschiedenen Zustände soll es anhand von Homogenitäts- und Grenzflächenanalysen in Korrelation mit Wasserstoffbeladung, thermischer Desorptionsspektroskopie und Zugversuchen bei Tieftemperatur ermöglicht werden, Rückschlüsse auf das Wasserstofftrapping und die Wasserstoffversprödung metastabiler Austenite in Abhängigkeit der Fertigungsroute herauszuarbeiten. Mit diesen Erkenntnissen soll schließlich die chemische Zusammensetzung der für die konventionelle Fertigung optimierten Legierung im Sinne eines „alloy design for AM“ weitergeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen