Untersuchung und Modellierung der Stahlformung

Mit der Softwaremodellierung können Kosten gespart werden, die bei umfassenden Testdurchläufen und Produktentwicklungsprozessen in der europäischen Stahlindustrie anfallen. Im Rahmen des von der EU geförderten VESPISM-Projekts wurde auf Grundlage von physikalischen Modellen eine Software entwickelt, um entsprechende Tests auszuführen. Die hierbei erzielten Ergebnisse könnten zu einer Verbesserung metallurgischer Modelle führen.

Die metallurgischen Theorien, auf denen die Software basiert, richten sich in erster Linie auf die Bildung von Mikrostrukturen und Morphologien bei der Stahlherstellung. Das Projektteam konnte erfolgreich die zelluläre und dentritische Morphologie vorhersagen und auch Aussagen zur Art und Weise treffen, mit der sich die Mikroseigerungsspitzen bei der Kühlung und Erstarrung aus der Phase verschieben.

Die Forscher führten überdies Experimente durch, bei denen sie Verfahren wie die Konfokalmikroskopie mit Laserabtastung und die Dilatometrie verwendet haben, um direkte kinetische Prozesse und Mikrostrukturen bei der Stahlformung zu untersuchen. Bei Experimenten mit verschiedenen Stahlarten konnte das Team Aussagen zur Bildung von Ferrit aus Austenit treffen und Schlussfolgerungen zur Phasenfeldmodellierung solcher Phänomene ziehen.

Wenn die Ergebnisse der Softwaremodelle nicht mit den experimentellen Erkenntnissen übereinstimmen, können Einblicke in die Unzulänglichkeiten der metallurgischen Theorien selbst gewonnen werden und diese können dann nochmals bewertet und verbessert werden. Ungleichheiten zeigten sich insbesondere zwischen den experimentellen und simulationsbezogenen Daten in Bezug auf Kornwachstum, das den vorherigen Annahmen zufolge stufenlos erfolgte, sowie Rekristallisierungsmechanismen und Bainitbildung.

Der Begriff Bainit wird für Zwischenstufengefüge genutzt, die bei der Abkühlung des Stahls aus Partikeln gebildet werden. Experimente haben verdeutlicht, dass eine Zweifachsymmetrie das Ergebnis bei der Bainitbildung sein kann, während Theorien, die auf diffusionsgesteuerter Transformation beruhen, vorhersagen, dass die anfängliche Vierfachsymmetrie beibehalten wird. Außerdem ging man davon aus, dass es sich bei der verformungsinduzierten Korngrenzenmigration um den wichtigsten Mechanismus bei der Rekristallisierung handelt, während die Forscher herausgefunden haben, dass alternative Prozesse eine weitaus größere Bedeutung haben.

Diese Ergebnisse werden zusammen mit der Erkenntnis, dass die Kornbildung oftmals durch episodische, lokalisierte Ausbrüche charakterisiert ist, welche Zeiträume der Stagnation unterstreichen, zu einem verbesserten Verständnis dieses Phänomens beitragen. Sie besitzen ein umfassendes Potenzial für weitere Forschungen im Bereich der Werkstoffkunde sowie in der Bildung und bei praktischen Anwendungen.