Projekt 2.2
3D-Mikrostruktur und thermomechanische Untersuchungen von strukturellen Metallen
Die Ziele dieses Projektes sind die Korrelation der 3D Mikrostruktur-Konstitution und der Schädigung in ausgewählten AlSi-Gusslegierungen und Strangguss-Stahlbrammen in Abhängigkeit verschiedener thermomechanischer Belastungsbedingungen zu untersuchen...
...und ausgehend von den Ergebnissen werden Parameter, die zur Bildung/zum Fortschritt von Schädigung in Bezug auf die Legierungszusammensetzung und Verarbeitungsbedingungen beitragen, beurteilt, um die Performance von Gussprodukten für die weitere Verarbeitung und das Betriebsverhalten weiter zu verbessern.
Abbildung: Multiscale Röntgen-Tomographie gegossener AlSi-Kolbenlegierungen: a) große 3D Strukturen von Aluminiden mittels Kegelstrahl Röntgentomographie – voxelsize = (3 µm)³. b) ein mittels Parallelstrahl Synchrotron-Tomographie untersuchter kleinerer Bereich zeigt, dass sich die großen Strukturen aus mehreren zusammenhängende Partikeln verschiedener Aluminidtypen (in unterschiedlichen Farben abgebildet) bilden– voxelsize = (0.3 µm)³. c) 3D Verteilung von Ni (blau) und Cu (gelb) ermittelt durch K-Kanten Subtraktion mit einem fokusierten Synchrotronstrahl – voxelsize = (24 nm)³.
Die Fähigkeit von Legierungen externen thermomechanischen Belastungen zu widerstehen wird durch die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der mikrostrukturellen Bestandteile, ihre thermische/mechanische Stabilität und geometrische Anordnung bestimmt. All diese Parameter können während der Produktion und während des Betriebes variieren, weshalb physische Aspekte wie Keimbildung/Wachstum/Auflösung von Phasen, diffusionskontrollierte morphologische Veränderungen und die Grenzflächenqualität berücksichtigt werden müssen. Außerdem bestimmen die mikrostrukturellen Features - unter dem Einfluss externer Belastungen - die Spannungsverteilung zwischen den Phasen, Spannungslokalisierung und schließlich Schädigungsbildung und -entwicklung. Heutzutage können dank des Fortschrittes moderner Charakterisierungsmethoden neue kritische Einblicke gewonnen werden, die die Beobachtung der Mikrostrukturentwicklung in-situ und/oder dreidimensional zulassen, was für Materialien mit komplexen Mikrostrukturen entscheidend ist. Insbesondere für die an diesem Projekt beteiligten Unternehmen (Voest Alpine Stahl, Kolbenschmidt GmbH) ist der Zusammenhang zwischen der 3D-Mikrostruktur und des thermomechanischen Verhaltens ihrer Produkte für die Qualitätssicherung und Optimierung der Produktionsprozesse von unmittelbarer Bedeutung. Die Tätigkeiten in diesem Projekt erfordern die Kombination von ex-situ und in-situ 3D-Abbildungsmethoden auf dem aktuellsten Stand der Technik, um Aussagen über die interne Architektur der Legierungen und die Bildung/den Fortschritt von Schädigungen treffen zu können und in-situ Beugungsmethoden, um der Entstehung und Entwicklung mikrostruktureller Bestandteile als auch ihrer Lasttragfähigkeit und Verformungsmechanismen unter verschiedenen thermomechanischen Belastungsbedingen folgen zu können. Weiters werden physikalische Modelle basierend auf den experimentellen Beobachtungen in Simulationswerkzeuge (MatCalc), die von wissenschaftlichen Partnern zur Vorhersage des Fließverhaltens von Strangguss-Stahlbrammen entwickelt wurden, implementiert werden.
