Untersuchung rascher Festkörperumwandlungen mit kontrollierten Pulsheizexperimenten und Calphad-konsistenter Modellierung unter besonderer Berücksichtigung des Nichtgleichgewichtszustands der Grenzfläche

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Stephanie Lippmann
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545585778

Bei raschen Festkörperumwandlungen ist die Kinetik niedrig in beiden Phasen, wachsender und Mutterphase. Dies führt zu einer Verschiebung des globalen Gleichgewichts des Systems. Außerdem treten Umverteilungseffekte an der Grenzfläche auf, die einen Teil der Gesamttreibendenkraft verbrauchen und das Gleichgewicht auch lokal, an der Grenzfläche, ändern. Mit steigender Unterkühlung nimmt auch die Abweichung von thermodynamischem Gleichgewicht an der Grenzfläche zu. So können abhängig vom Zustand der Grenzfläche ganz unterschiedliche Umwandlungsmechanismen beobachtet werden, die das Gefüge bilden. Das Ziel des Projektes ist es, den thermodynamischen Zustand der Grenzfläche zu charakterisieren und seinen Einfluss auf den Umwandlungsmechanismus und die Phasenselektion zu verstehen. Untersucht werden speziell die Übergänge zwischen diffusionskontrollierter und grenzflächendiffusionskontrollierter Umwandlung (Typ der Massivumwandlung) sowie grenzflächendiffusionskontrollierter und rein grenzflächenkontrollierter Umwandlung (martensitischer Umwandlungstyp). Die Bedingungen an der Grenzfläche werden mit einer Kombination aus Experimenten und Simulationsrechnungen untersucht. Kontrollierte Pulsheizversuche, die es erlauben T-t-Kurven mit hoher Auflösung, kontaktlos zu messen und konkreten Stellen im Gefüge zuzuweisen, sowie hochauflösende Elektronenmikroskopie und Spektroskopie werden verwendet. Außerdem wird ein Modell entwickelt, dass die geschwindigkeitsabhängige Verschiebung von Phasengleichgewichten berücksichtigt und den thermodynamischen Zustand der Grenzfläche. Die Kopplung mit Calphad-basierten Datenbanken erlaubt den direkten Vergleich von Experiment und Simulation. In der Verbindung von Experiment und Simulation begründet sich auch Kooperation in diesem Antrag. Sie wird es erlauben, das gemeinsame Ziel zu erreichen: eine Neuinterpretation der Übergange zwischen unterschiedlichen Umwandlungstypen in Festkörpern unter Berücksichtigung der Vorgänge an der Grenzfläche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Charles-André Gandin, Ph.D.