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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Modellierung bainitischer Mikrostrukturentwicklung

Presshärten ist ein Produktionsverfahren, welches angewandt wird, um Stahl mit exzellenten Eigenschaften zu produzieren. Dieser Stahl wird unter anderem in der Automobilindustrie verwendet. Konzeptionell wird ein Stahl-Rohling erhitzt und daraufhin abgekühlt und gleichzeitig geformt. Das Presshärten fördert somit die Entstehung von vorteilhaften Mikrostrukturen, welche durch gezieltes Ausnutzen von Temperatur und Spannungen während des Abkühlens beeinflusst werden, und führt zu hochfestem Stahl.
Bainit ist eine Mikrostruktur von kohlenstoffhaltigem Stahl, welche im Gleichgewicht nicht erhalten bleibt. Dieses Gefüge besteht aus Austenit, Ferrit und Karbiden. Die Bildung des Bainit startet mit Austenit, welches unter Spannung steht. Die Temperatur wird gesenkt und anschließend auf einer festen Temperatur gehalten, sodass der Bainit entstehen kann. Während dieses Vorgangs ist das Material aufgrund des Pressens unter starker Belastung. Der Einfluss der resultierenden mechanischen Spannungen ist besonders wichtig und wird in diesem Forschungsprojekt untersucht. Ein weiterer wichtiger Aspekt, den es zu berücksichtigen gibt, ist die Konzentration und die Diffusion des Kohlenstoffs. Während der Entstehung des Bainit kann der Kohlenstoff entweder aus der Mikrostruktur hinaus diffundieren oder innerhalb des Gefüges verbleiben. Dieser Prozess wird durch die Temperatur und der Ausgangskonzentration des Kohlenstoffs im Stahl bestimmt. Abschrecken des Materials nach der Entstehung des Bainit erhält das Gefüge.
Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Modellierung der Bainit-Entstehung auf der Ebene der Mikroskala mittels der Phasefeldmethode. Der Einfluss der Kohlenstoffdiffusion und der Spannungen während der Bildung werden mit berücksichtigt.

Modellierung bainitischer Mikrostrukturentwicklung Phasen Feld



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