Einfluss der Mikrostruktur und Phasenkonstitution auf das Verformungs- und Versagensverhalten hochmanganhaltiger Leichtbaustähle unter zyklischer Belastung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495468531

Aufgrund ihrer reduzierten Dichte bei gleichzeitig hervorragenden mechanischen Eigenschaften bieten hochmanganhaltige Leichtbaustähle ein großes Potenzial für Strukturkomponenten im Mobilitätssektor. Diese Stähle ermöglichen durch ihre hohe spezifische Festigkeit und Verformbarkeit die Konstruktion crashrelevanter Karosseriestrukturen mit erhöhter Sicherheit, die infolge des reduzierten Gewichts durch eine verbesserte Kraftstoffeffizienz sowie einen reduzierten CO2-Ausstoß charakterisiert sind. Die ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften lassen sich auf neue Verformungsmechanismen, wie die Slip-band Refinement Induced Plasticity (SRIP) oder die Dynamic Slip-band Refinement (DSBR) zurückführen. Um einen zuverlässigen Einsatz von hochmanganhaltigen Leichtbaustählen gewährleisten zu können, ist ein tiefgreifendes Verständnis der Ermüdungseigenschaften erforderlich, da viele potentielle Anwendungen während ihrer Lebensdauer zyklischen Belastungen ausgesetzt sind. Dabei steht besonders der Einfluss der unterschiedlichen Mikrostrukturen und Phasenkonstitutionen dieser Stähle auf das Ermüdungsverhalten in verschiedenen Lebensdauerbereichen im Fokus. Eine Analyse des aktuellen Forschungsstands verdeutlicht jedoch, dass bis auf wenige Ausnahmen keine systematischen Untersuchungen zu den Ermüdungseigenschaften von hochmanganhaltigen Leichtbaustählen vorliegen und dabei vor allem der Einfluss unterschiedlicher Phasen auf das Lebensdauerverhalten bisher nicht ausreichend adressiert wurde. Zur Analyse der unter zyklischer Last auftretenden Verformungsmechanismen in Abhängigkeit des in den verschiedensten Lebensdauerbereichen unterschiedlich hohen Anteils plastischer Verformungen sind in der Literatur nahezu keine Daten verfügbar.An dieser Stelle setzt das vorliegende Projekt an. Am Beispiel der Legierung Al14,6C4,9Fe53,6Mn26,9 soll das Verhalten eines hochmanganhaltigen Leichtbaustahls unter zyklischer Belastung in verschiedenen Lebensdauerbereichen grundlegend untersucht und die Rolle der unterschiedlichen Phasen und der damit verbundenen unterschiedlichen Verformungsmechanismen erforscht werden. Die im Projekt eingesetzten Analysemethoden werden ein Verständnis über das Wechselverformungsverhalten in den unterschiedlichen Phasenkonstitutionen der untersuchten Legierung erlauben. Darüber hinaus wird der Einfluss der, in Abhängigkeit des unterschiedlich hohen Anteils plastischer Verformungen, verschiedenen aktiven Verformungsmechanismen wichtige Erkenntnisse über die Eigenschaften eines hochmanganhaltigen Leichtbaustahls unter zyklischer Belastung liefern. Auf Basis dieser Untersuchungen sollen Empfehlungen für den Einsatz von Leichtbaustählen, angepasst an die Anforderungen möglicher Anwendungen, gegeben werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Christian Haase