Partitionierungsgesteuerte Wärmebehandlungen zur gezielten Einstellung der Mikrostruktur von additiv gefertigten mittel-Mangan Stählen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jérémy Epp; Professor Dr.-Ing. Rainer Fechte-Heinen
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534382755

Hochfeste Stähle der dritten Generation bieten herausragende mechanische Eigenschaften, die dazu beitragen, das Verhältnis zwischen Festigkeit und Duktilität zu verbessern. Mittel-Mangan-Stähle (MMnS) zählen dazu und erhalten ihre finale Mikrostruktur durch interkritisches Glühen. Diese Wärmebehandlung (WB) basiert unter anderem auf der Elementpartitionierung, um die Zusammensetzung des Austenits anzupassen und sein mechanisches Verhalten einzustellen. Üblicherweise werden diese Stähle gegossen, thermomechanisch behandelt und wärmebehandelt, um ihre Eigenschaften zu erhalten. Allerdings werden ihre Verarbeitung und auch das Betriebsverhalten durch Mn-Makroseigerungen erschwert. Derzeit ergeben sich neue Möglichkeiten durch die Anwendung von additiven Fertigungsverfahren, die zur Herstellung von MMnS angewendet werden können. Dieses Projekt zielt darauf ab, das Potenzial und die spezifischen Mechanismen zur Anpassung der Mikrostruktur von MMnS zu untersuchen, die durch PBF-LB/M hergestellt werden. Um unterschiedliche Austenit-Verformungsmechanismen zu erreichen, wird die lokale chemische Zusammensetzung durch nachfolgende Wärmebehandlungen angepasst, die auf die Anreicherung von Austenit durch Partitionierung abzielen. Diese werden hier als "partitionierungsgesteuerte Wärmebehandlungen" bezeichnet und sind über einen weiten Temperaturbereich hinweg möglich. Dabei wird interstitielle und/oder substitutionelle Partitionierung aktiviert, was zu unterschiedlichen Austenitanteilen und -stabilitäten sowie weiteren mikrostrukturellen Modifikationen führt. Das Ziel des Projekts besteht darin, eine Verbindung zwischen der Mikrostrukturentwicklung während der additiven Fertigung von MMnS, den nachfolgenden WB und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften herzustellen. Fortgeschrittene Charakterisierungstechniken wie Atomsondentomographie und HR-TEM werden eingesetzt, um die Elementpartitionierung und -akkumulation zwischen Martensit und Austenit zu analysieren. Zusätzlich werden In-situ-XRD-Experimente durchgeführt, um die mikrostrukturellen Veränderungen während der Wärmebehandlung (WB) und der mechanischen Prüfung zu untersuchen. Die angestrebten Ergebnisse werden ein vertieftes Verständnis der ablaufenden Mechanismen der Mikrostrukturentwicklung während der partitionierungsgesteuerten WB bieten und zwei Hauptfragen beantworten: I. Wie können die vorgeschlagenen WB hinsichtlich des Zeit-/Temperaturzyklus optimiert werden, um maßgeschneiderte lokale chemische Zusammensetzungen zu erreichen, ohne die Eigenschaften der martensitischen Matrix zu beeinträchtigen? II. Wie können die Austenit-Verformungsmechanismen durch angepasste WB bevorzugt ausgelöst werden, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen? Die Mikrostruktur wird gezielt beeinflusst, um entweder den TRIP- oder TWIP-Mechanismus oder beide Mechanismen in Kombination (TRIP + TWIP) zu fördern und damit einstellbare mechanische Eigenschaften zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Steinbacher