Verbesserung des Risswiderstandes von Schmiedestählen mit mittlerem Mangangehalt unter statischen, dynamischen und zyklischen Belastungsbedingungen durch feindispersen Restaustenit, welcher durch Partitioning stabilisiert wird.

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504849602

Moderne Schmiedestähle erfordern eine Kombination aus hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit unter statischen, dynamischen und zyklischen Lastbedingungen. Außerdem müssen sie eine gute Bearbeitbarkeit, sowie eine ausgezeichnete Härtbarkeit aufweisen, um stabile Mikrostrukturen und mechanische Eigenschaften prozessstabil zu gewährleisten. Bislang gibt es keine Stahlkonzepte, die die genannten mechanischen Eigenschaften zu akzeptablen Produktionskosten darstellen. Die fortschrittlichsten Werkstoffe, die für Schmiedestücke verwendet werden können, sind derzeit restaustenithaltige (RA) Mittel-Mangan-Stähle. RA mit ausreichender Stabilität und morphologischer Homogenität verhindert die Bildung von Rissen, indem es für lokale Plastizität sorgt, während der infolge der plastischen Verformung gebildete Martensit dazu beiträgt, die Ausbreitung von Mikrorissen zu behindern. Das Konzept des Projekts basiert auf dem Einsatz der Quenching & Partitioning (Q&P) Wärmebehandlung für geschmiedete Stahlkomponenten. Die Rolle des Restaustenits wird in einem neuartigen Ansatz betrachtet, der sich völlig von dem der Q&P-Stähle unterscheidet. Im Rahmen der Forschungsarbeiten soll das Konzept der Schmiedestähle mit mittlerem Mn-Gehalt im Hinblick auf die Entwicklung der Mikrostruktur sowie der mechanischen Eigenschaften während der Q&P-Behandlung untersucht werden. Die Forschungsarbeiten zielen auf die Entwicklung fortschrittlicher hochfester Q&P-Stähle ab, die auf eine hohe Dauerfestigkeit und Toleranz gegenüber Ermüdungsschäden zugeschnitten sind und erstmals durch ein energieeffizientes Schmiedeverfahren mit direkter Luftabschreckung aus der Warmumformung hergestellt werden. Im Rahmen des Projekts werden die folgenden grundlegenden wissenschaftlichen Fragen gelöst: (i) Sicherstellung der morphologischen Homogenität des feindispersen Restaustenits; (ii) Bestimmung des Verfestigungsmechanismus und insbesondere der Kinetik der dehnungsinduzierten martensitischen Umwandlung unter statischen- und zyklischen Lasten. Bisher wurden noch keine quantitativen Abhängigkeiten zwischen der Art der Belastung und der Umwandlung definiert; (iii) Charakterisierung der Auswirkungen der Morphologie des Restaustenits und der Martensitmatrix auf den Bruchmechanismus und das Rissausbreitungsverhalten. Es werden umfassende Tests durchgeführt, einschließlich thermodynamischer Berechnungen, dilatometrischer Tests, thermomechanischer Simulationen mit dem Gleeble-Simulator, Mikrostrukturuntersuchungen unter Verwendung von Techniken mit verschiedenen Auflösungen, inkl. EBSD / EBSD 3D; APT; XRD und TEM sowie Dauerfestigkeitstests mit Bestimmung des Rissmechanismus. Die Multiskalenmodellierung einschließlich eines Finite-Elemente-Ansatzes in Verbindung mit Mean-Field-Modellen wird zur Simulation der Prozess-Mikrostruktur-Beziehung während der Warmverformung verwendet, die unter statischen, dynamischen und zyklischen Belastungsbedingungen angewendet/geprüft werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Alexander Gramlich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Adam Szczepan Grajcar