Mechanismenbasierte Modellierung von Anlassphänomenen bei Stählen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Dr.-Ing. Martin Hunkel; Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259019485

Um die Funktion wärmebehandelter Bauteile zu gewährleisten, folgt der martensitischen Härtung meist eine Anlassbehandlung. Nach der martensitischen Härtung liegt das Material in einem extremen Nichtgleichgewichtszustand vor und verfügt über eine nicht ausreichende Zähigkeit. Außerdem liegen innerhalb des Bauteils hohe Eigenspannungen vor, die im Extremfall zu einer Schädigung des Bauteils führen können. Während des Anlassens nähert sich das Material durch die Diffusion von Kohlenstoff, die Bildung von Karbiden, die Auflösung von eventuell vorhandenem Restaustenit seinem Gleichgewichtszustand und zudem finden Spannungsrelaxationsprozesse statt. Als Folge erhält das Material die für viele Anwendungen nötigte Duktilität und die Lebensdauer der Bauteile wird erhöht. Obwohl die Modellierung und die Simulation der Wärmebehandlung in vielen Anwendungsbereichen bereits etabliert sind, wird dabei die Anlassbehandlung, trotz ihrer entscheidenden Auswirkung auf die Eigenschaften der Bauteile, meist nicht berücksichtigt. Das Ziel dieses Projektes ist es, das Anlassen und die vorhergehende martensitische Umwandlung sowie deren Wechselwirkungen zu untersuchen. Auf Basis der gewonnen Informationen sollen physikalisch basierte Modelle zur Beschreibung der Anlassbehandlung erarbeitet werden. Die Zielgrößen der Modellierung sind dabei die resultierende Mikrostruktur, die Härte, die mechanischen Eigenschaften und die abschließend vorliegenden Eigenspannungen sowie der Verzug der behandelten Bauteile. Die unterschiedlichen Prozesse sollen dabei an drei verschiedenen Stählen und Wärmebehandlungen untersucht werden, so dass jeweils bestimmte Prozesse im Vordergrund stehen. Die Bildung von Karbiden und das mechanische Verhalten sollen dabei anhand einer durchgreifenden Wärmebehandlung des hochlegierten Stahls X40CrMoV5-1 am IWM der RWTH Aachen betrachtet werden. Wechselwirkungen zwischen Martensitbildung, Austenitstabilisierungseffekten und Anlassvorgängen, die bereits beim Abschrecken einsetzen sowie deren Wirkung auf das anschließende Anlassen werden am Beispiel des ebenfalls durchgreifend wärmebehandelten Wälzlagerstahls 100Cr6 am IWT Bremen erforscht. Weiterhin werden Gefügeinhomogenitäten infolge von Kurzzeitaustenitsierung und -anlassen, wie bei der induktiven Randschichthärtung, anhand des Vergütungsstahls 42CrMo4 am IAM-WK des KIT untersucht. Basierend auf dieser Zusammenarbeit soll schließlich eine übergreifende Modellierung der untersuchten Anlassvorgänge erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen