Phasenfeldmodellierung martensitischer Umwandlung in nieder-legiertem Stahl unter Berücksichtigung des Effekts großer elasto-plastischer Dehnung

• Antragsteller: Dr. Oleg Shchyglo
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452543515

Martensitischer Stahl zeichnet sich durch ultrahohe Festigkeit aus. Er findet Anwendung in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Energiewirtschaft und anderen Industriezweigen. Trotz seiner großen technischen Bedeutung ist das theoretische Verständnis der martensitischen Umwandlungskinetik bis heute begrenzt. Dies liegt vor allem an der extrem schnellen Umwandlungskinetik, die eine direkte experimentelle Beobachtung nahezu unmöglich macht, und an den komplexen Symmetrieoperationen, die auf atomarer Ebene wirken. Nur wenige klassische Beispiele, insbesondere in Formgedächtnislegierungen mit geringen Umwandlungsdehnungen, können heute als gut verstanden gelten.Die Phasenfeldmethode ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Aufklärung von Mechanismen der Mikrostrukturevolution im Allgemeinen. Gekoppelt an modernste Kristallplastizitätsmodelle, erlaubt sie die Berücksichtigung aller relevanten Mechanismen der martensitischen Umwandlung in Stählen und die Untersuchung ihres Einflusses auf die Mikrostrukturbildung und die mechanischen Eigenschaften. In diesem Projekt wird eine dreidimensionale Phasenfeldstudie der martensitischen Umwandlung in kohlenstoffarmen Stählen vorgeschlagen. Die vollen Umwandlungsdehnungen von bis zu 20% werden für einen Satz von 24 Martensitsymmetrievarianten mit Kurdjumov-Sachs-Orientierungsbeziehung berücksichtigt. Unser Ziel ist es, die Mechanismen aufzudecken, die für die Bildung der komplexen, hierarchischen Latten-Martensit-Mikrostruktur verantwortlich sind. Der Schwerpunkt liegt dabei auf drei Hauptmechanismen: dem Effekt der autokatalytischen Martensit-Nukleation auf die resultierende Mikrostruktur, dem Effekt der plastischen Relaxation auf die Martensit Anfangs- und Endtemperatur und ihre Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften nach der vollständigen Umwandlung. Diese Studie wird neue Einsichten in die Kinetik der martensitischen Umwandlung und die hierarchische Strukturbildung liefern, indem sie es ermöglicht, den Einfluss verschiedener Material- und Prozessparameter individuell zu berücksichtigen, von der Abkühlungsgeschwindigkeit über die Abhängigkeit der Elastizitätsparameter von der Legierungszusammensetzung bis hin zum Einfluss der Plastizität in Austenit und Martensit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen