Maßgeschneiderte Mikrostrukturen für Gusseisen mit hohem Chromgehalt: Verarbeitung, Modellierung und physikalische Charakterisierung

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Maria Agustina Guitar
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466487393

Die Festigkeit eines Materials kann durch viele verschiedene Mechanismen gesteigert werden. Einige von ihnen (z.B. Orowan-Mechanismus oder Zener-Effekt) stehen in direktem Zusammenhang mit Partikeln einer zweiten Phase (ZP), wobei deren Volumenanteil, Morphologie, Größe und Verteilung eine wichtige Rolle spielen. Diese Parameter können während der Materialherstellung (z.B. von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen) oder bei Wärmebehandlungsprozessen, bei denen die gezielte Ausscheidung von Partikeln vorangetrieben wird (z.B. Erzeugung von weißem Gusseisen), gesteuert werden. Dabei ist die Steuerung der ZP-Parameter die wichtigste und herausforderndste Aufgabe, insbesondere in Bezug auf Form und Verteilung der Partikel, da sie von der chemischen Zusammensetzung, Temperatur, Kühl-/Aufheizrate usw. beeinflusst werden. Der Schwerpunkt dieses Vorhaben liegt auf dem Design von mehr-stufigen Wärmebehandlungen (WB) mit Hilfe thermodynamischer und kinetischer Berechnungen zur Anpassung der Mikrostruktur von Gusseisen mit hohem Chromgehalt (HCCI).HCCI weist eine komplexe mehrkomponentige und multiskalige Mikrostruktur auf, mit einer Matrix, die sowohl durch Phasenumwandlung als auch durch Ausscheidung von Partikeln der ZP gehärtet werden kann. Dieses Material kann bezogen auf die mechanische Wechselwirkung der verschiedenen Komponenten als Verbundmaterial betrachtet werden. Dadurch stellt dieses Material zusammen mit seiner chemischen Zusammensetzung (die auf ein ternäres Fe-C-Cr-System vereinfacht werden kann) einen idealen Modellwerkstoff dar für die Untersuchung von Mikrostrukturanpassungen, Karbidausscheidungen und den damit verbundenen charakteristischen Härtungsmechanismen. Ziel des vorliegenden Projekts ist die Vorhersage und Anpassungen der Mikrostrukturen von HCCI zur Gewährleistung optimaler Materialeigenschaften, um einen abrasivbeständingen Werkstoff maßzuschneidern. Unser Ziel ist es, die Wärmebehandlungen durch Kombination von thermodynamischen und kinetischen Berechnungen mit experimentellen Arbeiten zur Anpassung der Mikrostruktur von HCCI (16 wt.% Cr und 26 wt.% Cr) zu entwickeln. Sie sollen als Ausgangspunkt dienen, um die gewonnenen Daten auf Materialien derselben Familie mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und Ausgangsmikrostrukturen zu übertragen. Unter diesem Gesichtspunkt ist es möglich, diverse kritische Prozesse beim Design der Mikrostruktur, wie z.B. die Kohlenstoffverteilung, die Karbidausscheidung und die finale Morphologie der Matrix, zu steuern. Der Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis der zugrunde liegenden Karbidausscheidung und den charakteristischen Mechanismen der Festigkeitssteige-rung hinsichtlich einer optimalen Werkstoffperformance. Die Entwicklung der idealen WB be-zogen auf den Restaustenitgehalt, sowie Anteil, Größe und Verteilung der ZP, werden im La-bormaßstab in Kombination mit einer umfangreichen mikrostrukturellen, mechanischen und tribologischen Charakterisierung umgesetzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen