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Projekt
Optimierung der Rezyklierbarkeit und Nachhaltigkeit von Schnellarbeitsstählen durch datengetriebenes Gefügedesign
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Daniel Balzani; Professor Dr.-Ing. Arne Röttger
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Mechanik
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562095042
Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Methoden für den Entwurf neuer Lean-Schnellarbeitsstähle (HSS) mit optimierten Eigenschaften, um die Recyclingfähigkeit und damit die Nachhaltigkeit zu erhöhen. Da die Lebensdauer von HSS im Betrieb kurz ist und damit zu vielen Recyclingzyklen pro Jahr führt, sind die Mengen an jährlich recyceltem Material und damit der potenzielle Nutzen der neuen HSS erheblich. Darüber hinaus haben diese Stähle einen ähnlichen Legierungs- und Werkstoffaufbau, so dass die Reduktion der Anzahl der (insbesondere kritischen) Legierungselemente erwartet wird, was die Recyclingfähigkeit zusätzlich verbessert. In diesem Projekt werden Methoden entwickelt, um die komplexe Interaktion von chemischer Zusammensetzung, Mikrostrukturmorphologie und mikroskopischen Phaseneigenschaften mit den Performance-Eigenschaften des HSS zu quantifizieren. Ausgehend vom neuen Legierungskonzept werden CALPHAD und Phasenfeldsimulationen eingesetzt, um Informationen über die Mikrostruktur und die chemische Zusammensetzung einzelner Phasen in Abhängigkeit vom Herstellungsprozess zu erhalten. Zur Quantifizierung der mechanischen Eigenschaften werden neben ab-inito Berechnungen experimentelle Tests durchgeführt, die in die Computersimulation großer Mengen von Mikrostrukturen einfließen, die als Trainingsdaten zur Erstellung eines ML-basierten Surrogats für die Beschreibung der Struktur-Eigenschafts-Beziehung benötigt werden. Dieses Surrogat findet Eingang in einer automatisierten Optimierung der Mikrostruktur, bei der tolerierbare Mikrostrukturvariationen und zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt werden, um die Herstellbarkeit des HSS zu berücksichtigen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird der identifizierte Werkzeugstahl hergestellt und getestet, und seine tatsächliche Performance und Limitationen bewertet, um aktualisierte Legierungskonzepte erneut in der iterativen Schleife zur Mikrostrukturoptimierung zu bewerten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
