Untersuchung des Erweichungsmechanismus beim Schweißen in der Wärmeeinflusszone mikrolegierter hochfester Stähle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Kannengießer
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 435083436

Aus wirtschaftlichen Gründen und aufgrund des Bestrebens nach konstruktivem Leichtbau wird in zahlreichen Industriezweigen zunehmend genormter, hochfester Feinkornbaustahl eingesetzt. Die Normung berücksichtigt aber nur die mechanischen Eigenschaften und ermöglicht deshalb die Variation der Legierungselemente in bestimmten Grenzen. Dies führt dazu, dass Stähle gleicher Festigkeitsklasse mittels unterschiedlicher Legierungskonzepte realisiert werden. Besonders die Anzahl und die Menge der Mikrolegierungselemente können sich signifikant unterscheiden. Dadurch können die Eigenschaften der Wärmeeinflusszone (WEZ) bei gleichen Schweißprozessparametern stark variieren. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (Festigkeitsverlust, engl. softening) bestimmter Bereiche der WEZ. Es ist von sicherheitstechnischer und wirtschaftlicher Relevanz, ob infolge mikrostruktureller Unterschiede ein unterschiedliches Tragverhalten dieser Stähle nach deren Weiterverarbeitung vorliegt. Die grundlegenden Wirkmechanismen (Erweichung infolge Phasenumwandlung und/oder infolge von Ausscheidungen) wurden bislang im Zusammenhang mit der schweißtechnischen Verarbeitung nur unzureichend untersucht. Die Intention dieser Arbeit besteht deshalb in der Aufklärung der grundlegenden gefügespezifischen Einflussgrößen auf das Softeningverhalten hochfester Feinkornbaustähle beim Schweißen. Im Fokus stehen dabei drei Stähle mit vergleichbarer Festigkeit, jedoch unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Gefüge. Anhand physikalisch simulierter Wärmeeinflusszonen (Variation der Spitzentemperatur und der Abkühlzeiten im Abschreckdilatometer) soll die Auswirkung eines realen Schweißwärmezyklus auf das Gefüge der Werkstoffe untersucht werden. Die Forschungsarbeiten sehen ferner eine Bewertung des Softeningverhaltens anhand der lokalen Spannungs-/Dehnungscharakteristik der erweichten Gefügebereiche im Querzugversuch mittels optischer Verformungsmessung (DIC) vor. Ergänzend soll die Rolle der Mikrolegierungselemente beim temperaturbedingten Ausscheidungsverhalten simulativ abgebildet werden, um experimentell nicht oder nur schwer nachweisbare Ausscheidungsprodukte zu identifizieren. Ziel ist es, eine Korrelation der experimentell und simulativ gewonnenen Resultate mit dem Softeningverhalten und dessen Auswirkung auf die Tragfähigkeit hochfester Schweißverbindungen herzustellen. Schließlich wird beabsichtigt, Verarbeitungsempfehlungen zur Sicherstellung der Integrität solcher Schweißverbindungen aus hochfestem Stahl abzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Michael Rhode