Abstract
Die mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften von Stählen werden maßgeblich durch die Prozesse Austenitkornwachstum und Ausscheidung beeinflusst. Die Modellierung dieser Phänomene – essentiell für Materialentwicklung und Qualitätsvorhersage – ist dabei abhängig von statistischen Daten und einer umfassenden Validierung der Modellierungsansätze. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit einer völlig neuen Methode zur Validierung von Austenitkornwachstums- und Ausscheidungsmodellen mittels Hoch-Temperatur Laser Scanning Confocal Mikroskopie (HT-LSCM). Die Methode basiert auf der in-situ Untersuchung des Austenitkornwachstums weswegen zuerst eine umfassende Methodenentwicklung durchgeführt wird, um die Potentiale aber auch die Grenzen für zeitaufgelöste Kornwachstumsmessungen aufzuzeigen. Das HT-LSCM erweist dich als sehr schnelle und flexible Methode, die die Aufnahme einer gesamten Kornwachstumskurve in nur einem Versuch zulässt. Mehrere Einflussfaktoren, darunter hauptsächlich der Einfluss der freien Oberfläche, werden diskutiert und Kriterien zur Nutzung abgeleitet. Anschließend wird der neue Validierungsansatz präsentiert und an einer Matrix von niedrigkohligen Stählen getestet. Die Legierungsvariation enthält eine ausscheidungsfreie Referenz, sowie Stähle derselben Basiszusammensetzung aber unterschiedlichen AlN-Anteilen. Es wird nachgewiesen, dass die Interaktion von Korngrenzenbewegung und Ausscheidungen ein qualitatives Urteil über die Ausscheidungsentwicklung und die thermischen Stabilitäten erlaubt. Die signifikanteste Kornwachstumshemmung wird für die höchsten N-Werte aufgrund der größten Volumenanteile von AlN gefunden. Zusätzlich werden die Auflösungstemperaturen von AlN sowohl anhand von Evolutionskurven als auch anhand von Korngrößenstatistiken analysiert. Es wird ein Kornwachstumsmodell für die ausscheidungsfreie Basislegierung definiert, das den Effekt von gelösten Atomen einschließt. Basierend auf den HT-LSCM-Messungen werden Parameter für ein Ausscheidungsmodell in einem iterativen Prozess festgelegt und Pinning-Kräfte berechnet. Durch Einbeziehung dieses Zener-Pinningfaktors in das zuvor definierte Kornwachstumsmodell, werden die simulierte Entwicklung der Ausscheidungsgröße und des Phasenanteils validiert. Die Vorhersagen des Kornwachstumsmodells und die HT-LSCM-Messdaten zeigen eine ausgezeichnete Übereinstimmung für alle Legierungen und Temperaturzyklen. Die Zustandsparameter des Kornwachstumsmodells und die Eingabeparameter der Ausscheidungssimulation gelten daher als verifiziert. Die vorgeschlagene Methode ist ein wertvolles Werkzeug zur Definition und Validierung von Modellierungsansätzen und kann einen entscheidenden Beitrag zu Prozessmodellierungen leisten. Darüber hinaus kann das grundlegende Verständnis der Interaktion von Korngrenzenbewegung und Ausscheidungen erheblich verbessert werden.
Titel in Übersetzung | Schlussfolgerungen zur AlN-Ausscheidungskinetik in Stahl aus HT-LSCM Austenitkornwachstumsbeobachtungen |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Gradverleihende Hochschule |
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Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2021 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis nullSchlagwörter
- Austenitkornwachstum
- HT-LSCM
- in-situ Beobachtung
- Kornwachstumsmodellierung
- Ausscheidungsmodellierung