Nano-bainitischer Stahl geringer Dichte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451823328

Fortschrittliche Stahlsorten mit reduziertem Gewicht sind für heutige Konstruktionen unerlässlich. Aluminium als Legierungselement in Stahl reduziert seine Dichte und wird bereits zur Herstellung von Stählen mit niedriger Dichte (LDS) verwendet, die eine interessante Kombination von hohen mechanischen Eigenschaften bei reduzierten Dichten bieten. Darüber hinaus ermöglicht die Erhöhung der Festigkeit von Stählen unter Beibehaltung ihrer Duktilität das Downgraden der Teile und folglich das Verringern ihres Gewichts. Diese Strategie wurde durch die Entwicklung fortschrittlicher hochfester Stähle (AHSS) auf verschiedenen Ebenen umgesetzt.LDS haben Gefüge, die auf Ferrit, Austenit oder einer Mischung aus beiden basieren können. Zusätzlich führen die hohen Al-Zusätze zur Anwesenheit von κ-Carbiden und gelegentlich zu einer Reihe spröder geordneter Phasen. Es ist wichtig, größere Ausscheidungen dieser Phasen zu vermeiden, da sie die Duktilität negativ beeinflussen. Andererseits wird berichtet, dass die Erzeugung feiner, gut dispergierter Ausscheidungen dieser Phasen bei niedrigen Temperaturen die Festigkeit der Legierung erhöht. Die dazu erforderliche Wärmebehandlung ähnelt dem zur Herstellung von nano-bainitischen Stählen (nB) mit Mikrostrukturen aus wechselnden nanoskaligen Lamellen aus bainitischem Ferrit und Restaustenit sowie blockartigen Austenitkörnern, die beeindruckende Kombinationen aus Festigkeit und Duktilität ergeben. Die verwendeten niedrigen Transformationstemperaturen erfordern jedoch lange Umwandlungszeiten.In diesem Projekt soll die Synergie zwischen LDS und nB in Bezug auf die Legierung wie auch auf die Wärmebehandlung genutzt werden und ein neues Konzept zur Herstellung von nB-Stählen niedriger Dichte entwickelt und dessen Grenzen in ihrer Breite erforscht werden. Die Synergie zwischen nB und LDS basiert auf1- Der hohe Al-Gehalt beschleunigt die bainitische Transformation deutlich und erhöht den Anteil des gebildeten bainitischen Ferrits. Daraus resultieren höhere mechanische Eigenschaften bei kürzeren Umwandlungszeiten.2- Das Abschrecken der Legierungen auf niedrige Aushärtungstemperaturen unterdrückt die Bildung großer, spröder Ausscheidungen bei hohen Temperaturen. Die bei niedrigen Temperaturen sich bildenden Ausscheidungen feindispers und wirken verfestigend.Das Endprodukt ist ein Stahl mit vergleichsweise geringer Dichte, hohen mechanischen Kennwerten und einem Gefüge aus bainitischem Ferrit und Restaustenit; hergestellt durch eine kostengünstige isotherme Behandlung bei niedriger Temperatur. Der Einfluss der Legierungselemente C (0.5 – 1.0 Gew.%), Al (5.0 – 8.0 Gew.%) und Mn (1 – 8 Gew.%) auf die Mikrostruktur und Bainittransformation und damit auf die mechanischen Eigenschaften soll an elf Kombinationen untersucht werden. In Abhängigkeit von den Ergebnissen und den thermodynamischen Simulationen werden dann drei Varianten abgeleitet und untersucht, die optimale finale Eigenschaften erwarten lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen