Makroskopische Charakterisierung und gefügebasierte Modellierung der Alterungskinetik und der Werkstoffeigenschaften für Dualphasenstähle

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Bleck
• Subject Area: Metallurgical, Thermal and Thermomechanical Treatment of Materials
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 213472636

Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung und Beschreibung der Bake-Hardening-Eigenschaften (BH) und der Alterungskinetik von hochfesten Dualphasenstählen (DP-Stähle) sowie deren gefügebasierte Modellierung. Der Schwerpunkt liegt bei der Beschreibung der Diffusions- und Ausscheidungsvorgänge in den einzelnen Phasen während der BH-Behandlung sowie der Vorhersage der Streckgrenzenzunahme als Funktion der Vordehnung sowie der Glühparameter. An DP-Stählen mit unterschiedlichen Volumenanteilen Ferrit und Martensit werden Alterungsuntersuchungen durchgeführt. Hierbei werden die Parameter Vordehnung, Glühtemperatur und Glühdauer der BH-Wärmebehandlung variiert und anschließend die Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften ermittelt. Anhand der Alterungskinetik werden charakteristische Stadien der Festigkeitssteigerung identifiziert. Zur modellmäßigen Beschreibung der DP-Gefügeentwicklung mittels interkritischer Glühung wird die Phasenfeld-Methode (PFM) verwendet. Das Ergebnis der PFM-Rechnung dient als Eingabe für die gefügebasierte Modellierung der Alterungskinetik und der mechanischen Eigenschaften. Für die letzteren wird ein gekoppelter Ansatz aus thermodynamischer Modellierung und Finite Elemente Methode für repräsentative Volumenelemente (FE-RVE) genutzt. Die Mikrostruktur wird mit den makroskopischen Festigkeitseigenschaften korreliert, wobei auch der Einfluss von Dehnungsgradienten als Folge lokal unterschiedlicher Versetzungsdichte in der Modellierung berücksichtigt wird. Es wird ein Mehrzonenmodell eingeführt, welches die zwei vorliegenden Phasen Ferrit und Martensit nochmals entsprechend ihrer lokal unterschiedlichen Versetzungsdichte und Kohlenstoffverteilung unterteilt. Für jede Zone werden die thermodynamischen Effekte (Diffusion, Ausscheidungsbildung) beschrieben und die verursachte Ver- bzw. Entfestigung als lokale Fließkurven formuliert. Diese dienen als Eingabedaten eines numerischen Zugversuchs und werden mit der FE-RVE-Methode in einen effektiven BH-Wert überführt. Das Projekt bildet die Grundlage für ein verbessertes Verständnis und die kontrollierte Nutzung des BH-Effekts in mehrphasigen Stählen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Ulrich Prahl