SFB 799:  TRIP-Matrix-Composite - Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Maschinenbau und Produktionstechnik ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 54473466

Die Vision dieses Sonderforschungsbereichs besteht in der Erforschung einer neuen Klasse von Hochleistungs-Verbundwerkstoffen mit dem Namen TRIP-Matrix-Composite auf der Basis von TRIP-Stählen (TRIP: transformation-induced plasticity) und Zirkoniumdioxid-Keramiken (ZrO2-Keramik). Ziel der Forschungsarbeiten ist die Einstellung exzellenter, an die Bauteilbeanspruchung angepasster funktionaler und adaptiver mechanischer Eigenschaften für einen Innovationsschub in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. In den TRIP-Matrix-Compositen werden ein neu entwickelter austenitischer TRIP-Stahlguss-Werkstoff und eine metastabile ZrO2-Keramik vereint, die beide durch den verwandten Mechanismus der martensitischen Phasenumwandlung lokale Überbeanspruchungen kompensieren können.
Die wegweisende Idee dieses Werkstoffkonzepts beruht auf der Möglichkeit, die mechanisch, thermisch und/oder chemisch induzierten Phasenumwandlungen gezielt über maßgeschneiderte Grenzflächen miteinander zu verknüpfen. In Kombination mit diesen Mechanismen sollen durch das mikro- und makrostrukturelle Design der TRIP-Matrix-Composite einsatzspezifische Eigenschaften eingestellt werden. Die abgestimmte Ausnutzung und gegenseitige Unterstützung dieser Mechanismen ermöglicht im Vergleich zu aktuellen Werkstoffen die einzigartige Erhöhung der Energieabsorption, Festigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Dauerfestigkeit bzw. Verschleißbeständigkeit. Das Design der TRIP-Matrix-Composite soll in Form von mikro- und makroporösen Wabenkörpern mit Honeycomb-Struktur, kompakten partikelverstärkten Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen, homogenen oder gradierten Stahl-Keramik-Durchdringungsgefügen mit infiltrierten keramischen "Hohl"- oder "Voll-Spaghetti-Strukturen" bzw. Schaumkeramiken ausgebildet werden.
Ein weiterer Schwerpunkt des Vorhabens befasst sich mit der Erforschung der Grundlagen für die Herstellung von technischen Halbzeugen, Komponenten und Bauteilen aus den TRIP-Matrix-Compositen. Neben der Stahl-Infiltration in keramische Makrostrukturen werden Grünkörper aus Stahl und ZrO2 pulvermetallurgisch über die bildsame Formgebung erzeugt und anschließend gesintert. Insbesondere die Adaption der keramischen Technologie mit bildsamen Massen, die wie Knetstoff bei Raumtemperatur mit geringen Kräften in jede beliebige Geometrie geformt werden können, eröffnet das Potenzial für komplexe, filigrane Bauteile in Leichtbauweisen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Herstellung von TRIP-Matrix-Verbundwerkstoffen mittels Gießformgebung (Teilprojektleiter Aneziris, Christos G. )
• A02 - Design austenitischer Stahlgusswerkstoffe (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Krüger, Lutz ;  Mola, Ph.D., Javad ;  Volkova, Olena ;  Wendler, Marco )
• A03 - Verdüsung von neuen austenitischen Stahlgusswerkstoffen mit TRIP-Effekt und Design der Partikeleigenschaften (Teilprojektleiter Brücker, Christoph ;  Chaves, Humberto )
• A05 - Bildsame Formgebung für die Herstellung von TRIP-Matrix-Compositen (Teilprojektleiter Aneziris, Christos G. )
• A06 - Sintern und Warmformgebung sowie Eigenschaftscharakterisierung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Decker, Sabine ;  Guk, Sergey ;  Kawalla, Rudolf ;  Krüger, Lutz )
• A07 - Thermisches Elektronenstrahl(EB)-Fügen von Stahl-Keramik-Verbundwerkstoffen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Biermann, Horst ;  Buchwalder, Anja )
• B01 - Grenzflächen und mikrostrukturbezogene Deformationsmechanismen in TRIP-Matrix-Verbundwerkstoffen (Teilprojektleiter Rafaja, David )
• B02 - Experimentelle und modellgestützte Charakterisierung des Festigkeits-,Verformungs- und Schädigungsverhaltens optimierter TRIPStahlmodifikationen bzw. TRIP-Matrix-Verbundwerkstoffe (Teilprojektleiter Krüger, Lutz ;  Rafaja, David )
• B03 - Zyklisches Verformungs- und Ermüdungsverhalten (Teilprojektleiter Biermann, Horst )
• B04 - Verformungs- und Ermüdungsverhalten bei mehrachsiger Beanspruchung (Teilprojektleiter Biermann, Horst ;  Henkel, Sebastian )
• B05 - 2D und 3D In-situ-Charakterisierung von Verformung und Schädigung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Aneziris, Christos G. ;  Weidner, Anja )
• B06 - Elektrochemisches Korrosionsverhalten und Korrosionsschutz von hochlegierten TRIP-Stählen und TRIP-Matrix-Compositen (Teilprojektleiter Krüger, Lutz )
• C01 - Strömungs- und Erstarrungssimulation (Teilprojektleiter Schwarze, Rüdiger )
• C02 - Thermodynamische Modellierung von ZrO2-MgO Werkstoffen und von Stahl-ZrO2-Grenzflächen (Teilprojektleiterin Fabrichnaya, Ph.D., Olga )
• C03 - Thermodynamisch-mechanische Modellierung des TRIP- und TWIP-Effekts in austenitischem Stahlguss (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Fabrichnaya, Ph.D., Olga ;  Mola, Ph.D., Javad ;  Wendler, Marco )
• C04 - Modellierung der Deformations- und Umwandlungsmechanismen in teilstabilisierter ZrO2-Keramik sowie des thermomechanischen Verhaltens von Keramik-Stahl-Verbundwerkstoffen (Teilprojektleiter Budnitzki, Michael ;  Kuna, Meinhard )
• C05 - Werkstoffmechanische Modellierung des Verformungs- und Versagensverhaltens von partikelverstärkten Verbundwerkstoffen aus ZrO2-Keramik und TRIP-Stahl (Teilprojektleiter Budnitzki, Michael ;  Kuna, Meinhard )
• C09 - Mikrostrukturelle Mechanismen der Stahlmatrix – Interaktion von Versetzungsdynamik, Phasenumwandlung und Zwillingbildung (Teilprojektleiter Sandfeld, Stefan )
• C10 - Mehrskalenmodellierung der thermomechanischen Eigenschaften von austenitischen TRIP/TWIP-Stählen unter Berücksichtigung von Textureffekten (Teilprojektleiter Kiefer, Ph.D., Björn )
• MGK - Integriertes Graduiertenkolleg (Teilprojektleiter Biermann, Horst ;  Schwarze, Rüdiger )
• S01 - Herstellung austenitischer Stahlguss-Verbundwerkstoffe mit keramischen Strukturen durch Infiltration (Teilprojektleiter Eigenfeld, Klaus )
• T01 - Aufprallplatten für Aluminiumschmelzöfen auf Basis von korrosionsbeständigen TRIP-fähigen Stahl-Verbundwerkstoffen (Teilprojektleiter Aneziris, Christos G. )
• T02 - Herstellung von nichtrostendem und hochfestem Federband (Teilprojektleiter Kawalla, Rudolf ;  Mola, Ph.D., Javad ;  Weiß, Andreas )
• T04 - Herstellung von verschleißfestem (Keramik-)Stahlformguss für Zerkleinerungs- und Fördermaschinen durch Infiltration (Teilprojektleiter Wolf, Gotthard )
• T05 - Herstellung und elektrochemische Charakterisierung nichtrostender, WIG-geschweißter Präzisionsrohre aus Grobblech eines austenitischen CrMnNiMoN-Stahles (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Krüger, Lutz ;  Volkova, Olena ;  Wendler, Marco )
• Z01 - Service-Projekt (Teilprojektleiter Henkel, Sebastian ;  Krüger, Lutz )
• Z02 - Zentrales Verwaltungsprojekt des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Biermann, Horst )
• Ö - Öffentlichkeitsarbeit (Teilprojektleiterin Enke, Margit )

• Antragstellende Institution: Technische Universität Bergakademie Freiberg
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Horst Biermann