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Projekt
Inverses Design nachhaltiger Aluminiumknetlegierungen mit hohem Gussschrottanteil
Antragsteller
Professor Dr. Gerhard Dehm; Professor Dr.-Ing. Markus Kästner; Professor Dr.-Ing. Dierk Raabe
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562094916
Aluminiumlegierungen, die vollständig durch das Einschmelzen von Schrott hergestellt werden, können die Treibhausgasemissionen im Vergleich zur Primärsynthese um über 90 % reduzieren. Allerdings führt ein hoher Schrottanteil zu einer Anreicherung von Verunreinigungen, insbesondere von Eisen (Fe) und Silizium (Si), in den recycelten Legierungen. Eine wichtige Quelle für diese Verunreinigungen sind Al-Gusslegierungen mit hohem Si-Anteil aus Verbrennerfahrzeugen. Mit der wachsenden Nachfrage nach Elektroautos wird die Nachfrage nach sekundären Gusslegierungen zurückgehen. Gleichzeitig wird erwartet, dass der Bedarf an Al-Knetlegierungen steigen wird, um Elektrofahrzeuge leichter zu machen. Ziel dieses Projekts ist daher die Entwicklung neuartiger, nachhaltiger Al-Knetlegierungen mit maximalem Schrottanteil bei gleichzeitiger Gewährleistung einer moderaten Verformbarkeit. Um dieses Ziel zu erreichen, entwickeln wir einen datengetriebenen inversen Designansatz, der wissensgestützte experimentelle Untersuchungen mit hochgenauer Modellierung und Simulation kombiniert, um Korrelationen zwischen Legierungszusammensetzung, Prozess, Struktur und resultierenden Eigenschaften herzustellen, zu analysieren und zu invertieren. Diese werden in Form von Surrogatmodellen unter Verwendung mikrostruktureller Deskriptoren dargestellt. Experimentelle Mikrostrukturdaten dienen als Input für die Erstellung numerischer Modelle, die relevante Merkmale der realen Legierung abbilden. Dies erfordert mikromechanische Kenntnisse über das Verhalten spröder Sekundärphasen, die durch lokal auflösende Tests ermittelt werden sollen. Im Einklang mit den allgemeinen Zielen von DaMic bildet die Mikrostruktur einen integrierenden Faktor des Projekts, da die deskriptorbasierte Mikrostrukturcharakterisierung und -rekonstruktion die Integration von Daten aus Experimenten und Simulationen ermöglicht. Effiziente spektrale Solver werden in Kombination mit Riss-Phasenfeldmodellen eingesetzt, um das mechanische Verhalten zu simulieren und die effektiven Eigenschaften vorherzusagen. Es wird ein automatisierter inverser Designansatz auf der Grundlage von Surrogatmodellen zur effizienten Exploration und Auswahl optimaler mikrostruktureller Morphologien, die die Anforderungen an die Umformbarkeit erfüllen und eine hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen bieten, eingesetzt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
