Kostengünstiger Niedrigtemperatur-Bainit

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Mohamed Soliman
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363199820

Um die Anforderungen hoher Festigkeit bei gleichzeitig guter Zähigkeit, die an moderne Werkstoffe in vielen Anwendungsbereichen wie Automobil-, Lager-, Getriebe-und Eisenbahnbau gestellt werden zu erfüllen, werden zunehmend karbidfreie Bainitstähle eingesetzt. Die hervorragenden Eigenschaften werden durch Legieren des Stahls mit etwa 1,5 Gew.% Si, um die Ausscheidung von Zementit während der Bainitbildung zu unterdrücken, erreicht.Ferner werden aktuell Forschungen durchgeführt, um diese Bainitstruktur bei niedrigen Temperaturen, bekannt als Niedrigtemperatur-Bainit (low temperature bainite - LTB), zu erzielen. Dieser Bainittyp besteht aus geschichteten Nanoplatten aus Ferrit und Austenit. Die extrem hohe Festigkeit dieses Stahls ist eine Folge seines feinen Bainitgefüges, das hauptsächlich aus der Nutzung niedriger Umwandlungstemperaturen resultiert. Die Absenkung der Umwandlungstemperatur führt zu einer deutlichen Feinung der Plattenstruktur des Bainit.Die Herstellung und Nutzung derartiger LTB Stähle ist trotz ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften aus kommerziellen Gründen begrenzt: Zum einen verläuft die bainitische Umwandlung bei niedriger Temperatur recht langsam, zum anderen ist der Einsatz teurer Legierungselemente üblich. Daher ist in diesem Projekt geplant, neue Legierungskonzepte zu entwickeln, um zusammen mit geeigneten thermo-mechanischen Prozessen ein vergleichbares Eigenschaftsniveau zu erhalten bei gleichzeitiger Reduzierung der hochpreisigen Legierungselemente wie Co, Cr und Ni und beschleunigter Bainitumwandlung.Somit ist ein Kompromiss zwischen den Al, Mn und C-Gehalten zu finden um: - Die Martensitstarttemperatur des Stahls zu unterdrücken, so dass die Bainitumwandlung bei reduzierter Temperatur erfolgen kann. - Die vollständige Austenitbildung beim Anlassen zu gewährleisten. Hohe Al-Gehalte unterbinden/erschweren die Bildung von Austenit. Der austenitische Bereich im Phasendiagramm wird stark eingeschnürt.Zudem sollen mechanische Eigenschaften des LTBs verbessert werden durch:- Nutzung des BH-Potentials von LTB um seine Streckgrenze zu verbessern. In Vorversuchen an LTB ergab sich ein BH2-Wert von ca. 250 MPa, so dass in einigen untersuchten Fällen Streckgrenzen über 2 GPa erzielt werden konnten. Es ist geplant ein physikalisch basiert Modell zur Voraussage des Einflusses der Alterung auf die endgültigen mechanischen Eigenschaften der LTB Stähle zu entwickeln.- Herstellung des LTBs als Flachprodukt unter Nutzung verschiedener thermo-mechanischer Prozessschritte (TMP). Dadurch wird eine Struktur, die in Austenitinseln des LTBs eingebettete, umforminduzierte feine Ferritkörner enthält, hergestellt.Die thermo-mechanischen Prozessschritte zur Herstellung einer gewünschten Mikrostruktur werden am Umformdilatometer entwickelt. Die Validierung der dort gewonnenen Ergebnisse erfolgt dann auf den Walzanlagen des Instituts zur Erzeugung großer Zug- und Kerbschlagbie-geproben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski