Einfluss des Wasserstoffs auf die verformungsinduzierte Martensitumwandlung und die Rissinitiierung in metastabilen austenitischen Stählen. Ein kombinierter Untersuchungsansatz von Experiment und atomistische Simulationen

• Antragsteller: Dr. Brian Kagay; Dr. Matous Mrovec; Professor Dr.-Ing. Stefan Weihe
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535647705

Ziel dieses Projektes ist es, den Einfluss von Wasserstoff auf die verformungsinduzierte Umwandlung von Austenit in ’-Martensit sowie die Initiierung und das Wachstum von Ermüdungsrissen in dem metastabilen austenitischen Stahl X6CrNiNb18-10 zu untersuchen. Trotz umfangreichen Einsatzes von austenitischen Stählen sind die Auswirkungen von Wasserstoff auf die martensitische Umwandlung sowie auf die Festigkeit und Duktilität dieser Legierungen nicht vollständig verstanden. Tatsächlich wird kontrovers diskutiert, ob Wasserstoff die Phasenumwandlung fördert oder hemmt und welche Mechanismen wasserstoffunterstützte Bruchvorgänge bestimmen. Das Vorhaben stützt sich auf eine Verbindung von unterschiedlichen experimentellen Techniken und dazu passenden atomistischen Simulationen. Die experimentellen Arbeiten umfassen mechanische Versuche unter verschiedenen Bedingungen und detaillierte Mikrostrukturcharakterisierungen von der Mesoskala bis zur Nanoskala. Die atomistischen Simulationen bestehen sowohl aus ab initio Elektronenstruktur-Methoden als auch aus neuartigen auf maschinellem Lernen basierten interatomaren Potenzialen. Der Mehrwert des beantragten Projekts besteht in der engen Zusammenarbeit und dem Austausch von Daten zwischen Experiment und Simulation. Obwohl die Auswirkungen von Wasserstoff ihren Ursprung auf der atomaren Skala haben (z.B. Wasserstofffallen und Diffusion), äußern sie sich auf allen Längenskalen von der Mikroskala über die Mesoskala bis zur Makroskala (z.B. Stapelfehlerenergien, Gleitplanarität, Versetzungsstrukturen). Deshalb ist ein Verständnis der Vorgänge auf atomarer Skala unerlässlich für eine korrekte Interpretation der experimentellen Ergebnisse. Außer der wissenschaftlichen Zielstellung dieses Vorhabens sind auch anwendungsbezogene Aspekte von Bedeutung, die die Sicherheit von Wasserstoffbehältern und anderer Bauteile in der aufkommenden Wasserstoffwirtschaft betreffen. Dies kann nur erreicht werden durch ein gründliches Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen, die für die Wasserstoffversprödung in dieser wichtigen Werkstoffklasse verantwortlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ralf Drautz