Ermüdungsverhalten nanostrukturierter Bainite

• Antragstellerin: Dr. Lucia Morales-Rivas
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411091845

Nanostrukturierte bainitische Stähle, die bereits in ersten technischen Anwendungen eingesetzt werden, sind wegen ihrer relativ einfachen chemischen Zusammensetzung und der konventionellen bainitischen Wärmebehandlung auch vielversprechende Stähle für einen Einsatz in hochbeanspruchten Bauteilen aufgrund ihrer hervorragendenmechanischen Eigenschaften, die sich in einer bisher unerreichten Kombination von Festigkeit und Zähigkeit (2.2 GPa, 30 MPa·m1/2) ausdrückt. Vor der kommerziellen Anwendung dieser Legierung in hochbeanspruchten Komponenten ist die Untersuchung und das Verständnis der Ermüdungseigenschaften erforderlich. Bisher ist die Wirkung der Mikrostruktur von nanostrukturiertem Bainit auf die Ermüdungseigenschaften nicht umfassend verstanden. So findet man trotz einer sehr hohen Festigkeit und sehr großer Duktilität keine herausragenden Ermüdungseigenschaften. Auch berücksichtigt eineVorhersage der Lebensdauer auf der Basis von Wöhlerkurven keine Unterschiede zwischen Rissinitiierung und Rissausbreitung, was zu einer gefährlichen Überschätzung der Lebensdauer führen kann. Ursache dafür ist, dass für kurze Risse die Risswachstumsrate wesentlich höher sein kann als für lange Risse. Bei der Rissinitiierung und Kurzrissausbreitung bestimmt die lokale Mikrostruktur die Ermüdungsreaktion. Bisher wurde für nanostrukturierte Bainite keine globale, die Ermüdungsfestigkeit bestimmende effektive Korngröße gefunden. Morphologische Gefügeparameter wie z. B. die Bainitblockgröße könnten die intrinsischen Ermüdungseigenschaften bestimmen, aber die Frage nach der Wirkung der einzelnenMikrostrukturelemente auf die Ermüdungslebensdauer bei verschiedenen Spannungsniveaus ist bisher ungeklärt. Auch die genaue Rolle des Restaustenits im nanostrukturierten Bainit ist unbekannt. Für ein besseres Verständnis müsste hier dieWechselwirkung zwischen den Gefügebestandteilen und der Rissablenkung bzw. dem Rissstopp geklärt werden, um die Ermüdungseigenschaften durch gezieltes Materialdesign zu verbessern. Das beantragte Projekt soll neue, mikrostrukturbasierteErkenntnisse über die zyklischen Eigenschaften der nanobainitischen Mikrostruktur liefern, d.h. es soll die Auswirkungen der Korngrenzen, der mechanisch induzierte Phasenumwandlung und der Defektentwicklung bei der Rissinitiierung und bei der Rissausbreitung klären. Die zyklischen Verformungs- und Schädigungsmechanismensollen für die verschiedenen Phasen der Ermüdung mit der Mikrostruktur korreliert werden. Zu diesem Zweck werden sowohl fortschrittliche experimentelle Techniken der Mikroskopie und der Elektronenbeugung angewendet als auch neue theoretische Ansätzeentwickelt. So soll die Auswirkungen der sich entwickelnden Mikrostruktur auf die Ermüdungslebensdauer verstanden. Al Ergebnis wird ein verbessertes Ermüdungsdesign zur Erhöhung der Sicherheit bei der Bauteilauslegung möglich sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen