Mechanismen-basiertes Mikrostrukturdesign von kohlenstoffarmen Giga-NANOBAIN-Stählen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Daniel Schneider; Professorin Dr.-Ing. Wenwen Song
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490856143

Das Projekt strebt die Entwicklung von kohlenstoffarmen NANOBAIN-Stählen mit einer Festigkeit im Gigapascal-Bereich an, basierend auf der "Bottom-up"-Mikrostrukturdesign-Strategie, um den mechanischen Kompromiss in der aktuellen Generation von hochfesten Stählen zu überwinden. Die angestrebte Bainit-Austenit-Duplex-Mikrostruktur weist die Merkmale hohen Anteiles an karbidfreiem Bainit in Nanogröße, filmartigen Austenit und große Anzahl von Grenzflächen auf. Um die gewünschte Verfeinerung der bainitischen Mikrostruktur mit angepassten mechanischen Eigenschaften und innerhalb eines kohlenstoffarmen Regimes zu erreichen, wird ein Konzept chemischer Grenze vorgeschlagen und eine Flash-Austenitisierung entwickelt, um chemische Grenze in die Materialien einzuführen.Der Forschungsschwerpunkt des vorgeschlagenen Projekts ist die Untersuchung der chemisch-mechanisch gekoppelten Effekte auf Bainit-Keimbildung und -Wachstum durch Multiskalencharakterisierung und Phasenfeldsimulationsansatz. Die Charakterisierung bis zur nahen atomaren Skala mittels Atomsonden-Tomographie (APT) ermöglicht die experimentelle Betrachtung der chemischen Mn-Grenze für die bainitische Mikrostruktur-Subverfeinerung. Die dynamische Überwachung der Phasenumwandlung mittels Synchrotron-Röntgenbeugung, In-situ TEM und APT ermöglicht die Erforschung der Einflüsse von chemischen Gradienten und plastischer Relaxation auf Bainit-Keimbildung und -Wachstum. Die folgenden Teilziele sollen erreicht werden: 1) Untersuchung des chemisch-treibenden Einflusses von Zusammensetzungsinhomogenität, elementarer Partitionierung, chemischen Gradienten auf Bainit-Keimbildung/Wachstum durch experimentelle Ansätze (Chemo-Aspekt); 2) Untersuchung des mechanisch-treibenden Einflusses von Matrixversetzung, plastischen Relaxationen auf Bainit-Keimbildung/Wachstum durch experimentelle Ansätze (Mechanik-Aspekt); 3) Formulierung des thermodynamisch konsistenten chemisch-mechanisch gekoppelten Variationsmodells, validiert durch experimentelle Charakterisierung, zur Vorhersage der bainitischen Untereinheitenentwicklung; 4) Hochskalierung des chemisch-mechanisch gekoppelten Modells zur Vorhersage bainitischer Scheibenbildung; 5) Umfassendes Verständnis der Strategie zur Steuerung der Bainitumwandlung und Herstellung von kohlenstoffarmen NANOBAIN-Giga-Stählen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften.Schließlich werden die grundsätzlichen chemisch-mechanischen Mechanismen, die die Bainitumwandlung steuern, aufgedeckt und ein Leitfaden zur Kontrolle der Wärmebehandlung von kohlenstoffarmen Giga-NANOBAIN-Stählen mit angepasster Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften bereitgestellt. Mit den Vorteilen in der kohlenstoffarmen Zusammensetzung und dem einfachen Herstellungsprozess wird erwartet, dass NANOBAIN-Stähle zur Entwicklung einer günstigen, umweltfreundlichen und nachhaltigen Fertigung beitragen, zum Beispiel zur Entwicklung einer nachhaltigen Fertigung von Hochleistungsbauteilen in der Automobilindustrie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen