Charakterisierung und physikalisch-basierte Modellierung des Bake-Hardening-Effekts in Dualphasen-Stähle: Entwicklung eines Ansatzes zur durchgehenden Prozessmodellierung für das Werkstoffverhalten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263894884

Die Automobilindustrie steht vor der ständigen Herausforderung die Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Kraftstoffverbrauch für die nächste Generation von Automobilen zu verbessern. Dies setzt unter anderem die Verwendung von verbesserten Stahlsorten voraus, welche für struktur- und sicherheitsrelevante Bauteile im Automobil neue Standards ermöglichen. Dual-Phasen- (DP) Stähle finden eine weitverbreitete Anwendung im Automotivbereich, da sie eine hohe Streckgrenze mit guter Umformbarkeit bei moderaten Fertigungskosten verbinden. Zusätzlich besitzt diese Sorte ein "natürliches" Bake-Hardening (BH) Potenzial, das als zusätzlicher Verfestigungsmechanismus genutzt werden kann. Diese Festigkeitssteigerung erfolgt nach einer vorhergehenden Formgebung bei der Lackierung der Karosserie. Im Automobilbau sind Computer-Simulationen zum Werkstoffverhalten inzwischen ein integraler Bestandteil in der Produkt- und Prozessentwicklung. Dafür werden jedoch Werkstoffmodelle benötigt, welche das Werkstoffverhalten im Prozessablauf beschreiben können. Mit diesem Ansatz zur durchgehenden Prozessmodellierung können dann die Prozessparameter mittels Computer-Simulationen, im Rahmen der werkstofftechnischen Möglichkeiten, in jedem einzelnen Prozessschritt derart angepasst werden, dass die geforderten mechanischen Eigenschaften erzielt werden können. In dem hier beantragten Projekt werden neue physikalische-basierte Modelle für den BH-Effekt in DP-Stähle entwickelt. Dieses Vorhaben soll durch eine Reihe von neuen Erkenntnissen in der Charakterisierung des BH-Effekts in DP-Stählen in Kombination mit theoretischer Modellierung erreicht werden. Der Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen liegt auf den verschiedenen Einflussfaktoren des BH-Effekts in DP-Stählen. Im Detail werden an industriell hergestellten DP-Stählen eine unterschiedliche Mikrostruktur-Charakteristik (z.B. Korngröße, Volumenanteil und Morphologie von Martensit), verschiedene Vorbelastungsarten (uniaxialer, biaxialer und ebener Dehnungszustand) und Alterungsbedingungen untersucht. Die experimentellen Ergebnisse der geplanten Versuche werden für die theoretische Modellierung des BH-Effekts in DP-Stählen benötigt, welche in Zusammenarbeit mit der TU Wien durchgeführt wird. Die theoretische Modellierung umfasst den Bereich von der nanoskopischen bis zur makroskopischen Ebene. Für die physikalisch basierte Modellierung der statischen Reckalterung in Ferrit und für das Anlassverhalten in Martensit wird ein neuer theoretischer Ansatz verwendet. Die Modellierung der Mikrostrukturentwicklung und der Fließspannung erfolgt mit dem physikalisch basierten "Internal-State-Variable"-Ansatz (ISV). Schließlich werden die im Rahmen des Projekts erarbeiteten Modelle in einem Softwarewerkzeug zur durchgehenden Prozessmodellierung des BH-Effekts in DP-Stählen verfügbar gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Beteiligte Institution: Technische Universität Wien ; Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Beteiligte Person: Professor Dr. Ernst Kozeschnik