Experimentell gestützte Modellierung der Korrelation zwischen metallurgischer Prozessführung, 3D-Gefügeentwicklung und mechanischen Eigenschaften von perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr.-Ing. Andreas Bührig-Polaczek; Dr.-Ing. Janin Eiken
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504974025

Der vorliegende Projektantrag zielt auf den Aufbau einer durchgängigen Simulationskette zur Vorhersage und gezielten Einstellung der 3D-Gefügeentwicklung und assoziierter effektiver Eigenschaften in Abhängigkeit der metallurgischen Prozessparameter. Das Vorhaben trägt somit wesentlich zu einem verbesserten Verständnis und einer effizienteren Nutzung der Korrelation zwischen metallurgischer Prozessführung, räumlicher Gefügeentwicklung und mechanischen Eigenschaften von perlitischem Gusseisen mit Kugelgraphit bei. Die morphologische Vielfalt des Graphit-Perlit-Gefüges bietet die generelle Möglichkeit, ein großes Spektrum an mechanischen Eigenschaftsprofilen abzudecken. Bislang mangelt es jedoch an numerischen Designwerkzeugen, mit denen gewünschte Gefüge gezielt und reproduzierbar im Hinblick auf anwendungsrelevante Anforderungen eingestellt werden können. Die Modellierung einer durchgängigen Wirkungskette erfordert neben der Kombination bewährter Simulationsmethoden zunächst ihre gusseisenspezifische Erweiterung. Dies setzt ein fundiertes Verständnis der Entstehung und Wirkung der einzelnen Gefüge- und Legierungskomponenten voraus. Der vorliegende Projektantrag begegnet diesen Herausforderungen durch eine enge Verzahnung experimenteller und numerischer Arbeitsschritte. Zur Konzeptionierung der Modellansätze werden die Wirkmechanismen einzelner Elemente zunächst experimentell an hochreinen Legierungen untersucht. Im Laufe des Projekts erfolgt die Annäherung an technische Legierungen durch systematische Erweiterung des Legierungssystems. Die Modellierung der Simulationskette ist in drei Hauptbereiche gegliedert: a) Keimbildung und Wachstum der Graphitphase, b) Ausbildung der eutektoiden Perlitmatrix und c) Konstitutives Verhalten und Schädigungsmechanismen unter monotoner Beanspruchung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen