Thermo-chemo-mechanische Kopplung während der thermomechanischen Prozessierung von mikrolegierten Stählen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Dirk Helm; Professor Dr.-Ing. Dierk Raabe
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257204851

Thermo-chemo-mechanische Wechselwirkungen durch thermisch aktivierte und/oder mechanisch induzierte Prozesse bestimmen das Verhalten metallischer Legierungen während der Herstellung und im Einsatz. Das Verständnis dieser Mechanismen und deren Einfluss auf das Materialverhalten ist daher von größter Bedeutung für die Entwicklung neuer Legierungen und darauf abgestimmter thermomechanischer Prozesse. Neben direkten Wechselwirkungen wie der Temperaturerhöhung infolge der Dissipation bei plastischer Verformung, die wiederum zu einer mechanischen Erweichung führt, treten weitere indirekte Kopplungsphänomene auf. Auf dem Gebiet metallischer Materialien sind dies Effekte wie Rekristallisation, Kornvergröberung, Phasenumwandlung und Ausscheidungsbildung. Im Einklang mit der Ausschreibung des Schwerpunktprogramms ist das zentrale Ziel unseres Projektvorschlags die thermodynamisch konsistente Modellierung und Simulation stark gekoppelter thermo-chemo-mechanischer Phänomene in angewandten Materialien. Insbesondere ist das Ziel dieses Projektvorschlags die Entwicklung thermodynamisch konsistenter Modelle zur Beschreibung der komplexen Kopplung zwischen versetzungsbasierter Plastizität, Erholung, Rekristallisation, Kornvergröberung, Phasenübergänge in der Matrixphase und Bildung von Ausscheidungen zweiter Phasen in Stählen. Während der laufenden ersten Förderperiode wurden in einer fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen den Gruppen von Dierk Raabe und Dirk Helm ein thermodynamischer Rahmen formuliert und thermodynamisch konsistente Modelle zur Beschreibung thermo-chemo-mechanisch gekoppelter Prozesse in Metallen entwickelt. Im Einzelnen wurden ein räumlich aufgelöstes und ein makroskopisches Modell, die beide die Wechselwirkung zwischen Plastizität, Erholung, Rekristallisation, Kornvergröberung und die Entwicklung von Ausscheidungen beschreiben, formuliert und implementiert. In der zweiten Periode beabsichtigen wir eine Erweiterung der Modelle um zusätzliche Effekte wie Phasenumwandlung zwischen Ferrit und Austenit und die Bildung komplexerer Ausscheidungen. Diese Phänomenesind wichtig für die praktische Anwendung in Stählen. Wie in der ersten Periode gezeigt, profitiert die Entwicklung der Modellierungswerkzeuge vom Abgleich mit wohldefinierten Versuchen. Daher planen wir, unsere Quasi-in-Situ-Experimente zur Darstellung der Mikrostrukturentwicklung im betrachteten Modellmaterial bei erhöhten Temperaturen mit hoher räumlicher Auflösung fortzuführen, um weitere hochwertige experimentelle Benchmarks zur Verfügung zu stellen. Die weiterentwickelten Modelle ermöglichen es, anspruchsvolle Fragen der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik numerisch und experimentell zu beantworten. Eine dieser dringenden Fragen ist die Entwicklung von Keimbildungskriterien für die Rekristallisation in Abhängigkeit vom thermo-chemo-mechanischen Zustand des Materials.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1713: Stark gekoppelte thermo-chemische und thermo-mechanische Zustände in Angewandten Materialien
• Internationaler Bezug: Österreich, Tschechische Republik, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ernst Kozeschnik; Professor Dr. Ricardo Anibal Lebensohn; Dr. Jiri Svoboda