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Projekt
Verunreinigungstolerantes Legierungsdesign von hochfestem Elektroband
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Tilmann Beck; Dr.-Ing. Marion Cornelia Kreins; Professor Dr.-Ing. Ulrich Krupp; Dr.-Ing. Marek Smaga
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562096339
Die Trends zur Elektrifizierung und zur Kreislaufwirtschaft werden auch im Bereich des Elektrostahls eine zunehmende Menge an Recycling-Stählen erfordern. Während sich die Legierungs- und Prozessentwicklung von Elektroband auf die mechanischen und magnetischen Eigenschaften konzentriert, müssen bei der Entwicklung hocheffizienter und flexibel einsetzbarer Elektromotoren für die Elektromobilität auch die mechanische Ermüdungsfestigkeit, die magnetische Degradation (Funktionsermüdung) und die Toleranz gegenüber Verunreinigungen berücksichtigt werden. Die mechanischen und magnetischen Eigenschaften von Elektrostählen sind auf mikrostruktureller Ebene miteinander verbunden. Daher müssen beide bei der Entwicklung von verunreinigungstoleranten Legierungen berücksichtigt werden. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung und dem Wärmebehandlungsverfahren kann die Größe der Ausscheidungen, z. B. Karbonnitride oder Kupfer, die mechanischen und magnetischen Eigenschaften stark verändern. Die Entwicklung eines digitalen Zwillings in Verbindung mit einer experimentellen Hochdurchsatzstudie von Elektrostahl mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und maßgeschneiderter thermomechanischer Behandlung wird einen Weg für das zukünftige Legierungsdesign im Rahmen einer effizienten Kreislaufwirtschaft eröffnen. Auf Basis individueller Forschung zur mechanischen und funktionellen Ermüdung von Elektrostahl sowie zu Verfestigungseffekten in Cu-legierten Stählen wird die Zusammenarbeit zwischen dem WKK an der RPTU Kaiserslautern-Landau und dem IEHK an der RWTH Aachen die Wertschöpfungskette von modernem Elektrostahl darstellen. Für das Integrated Computational Material Engineering (ICME) basierte Legierungsdesign wird das IEHK physikalisch basierte Simulationswerkzeuge für die Ausscheidungs- und Rekristallisationsvorhersage verwenden, die durch experimentelle Studien untermauert werden. Das WKK wird Kurzzeitmethoden wie z.B. Cyclic Indentation Tests (CITs) zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften sowie mikromagnetische 3MA-Messungen zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften einer großen Anzahl von Legierungsdesigns mit kleinen Probenvolumina einsetzen. Dies wird die Grundlage für die systematische Untersuchung der mechanischen und magnetischen Eigenschaften und die Erstellung eines ausreichend großen Datensatzes für das inverse Materialdesign bilden. Skalenübergreifende kristallografische Mikrostrukturdeskriptoren werden durch ML-gestützte Metallografie, Atomsonden-Tomografie geliefert. Mit Hilfe von Charakterisierungsmethoden wie Röntgenbeugung und mikromagnetischen Sensoren (3MA) wird eine zerstörungsfreie mikrostrukturelle und funktionelle Schadensüberwachung durchgeführt, um die Mikrostruktur des Materials mit den magnetisch-mechanischen Eigenschaften zu korrelieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
