Relation between microstructure and mechanical properties of a low-alloyed TRIP steel

  • Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und makroskopischen mechanischen Eigenschaften eines niedrig legierten TRIP-Stahls

Davut, Kemal; Zaefferer, Stefan (Thesis advisor)

Aachen : Shaker (2013)
Doktorarbeit

In: Berichte aus der Materialwissenschaft
Seite(n)/Artikel-Nr.: IX, 129 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

Stähle mit transformations-induzierter Plastizität (TRIP) bieten eine gute Balance aus Duktilität und Festigkeit, die das Ergebnis einer zunehmenden Umwandlung von metastabilem Restaustenit in Martensit während der Verformung ist. Ein tiefes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Mikrostruktur und martensitischer Umwandlung sowie der Stabilität des Restaustenits ist der Schlüssel zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Der hier untersuchte TRIP Stahl hat auf mikroskopischer Skala eine relativ heterogene Textur und Mikrostruktur, die durch die Präsenz von ausgeprägten Austenitbändern deutlich wird. Die Heterogenität des Werkstoffes macht eine Mikrostrukturcharakterisierung zugleich wichtig und anspruchsvoll. Der erste Teil der Arbeit konzentriert sich deshalb auf die statistische Zuverlässigkeit von EBSD-basierten Ergebnissen, da EBSD die wesentliche Meßmethode für die durchgeführten Untersuchungen war. Daneben wurde eine neue und vollautomatisierte Messtechnik entwickelt, mit der große Probenbereiche gemessen werden können ohne den Vorteil einer hohen Genauigkeit durch kleine Messschrittweiten aufzugeben. Schließlich wurde durch einen Vergleich von Phasenanteilen, die mittels EBSD und XRD gemessen wurden gezeigt, dass EBSD eine verlässliche und repräsentative Messung ermöglicht, vorausgesetzt, dass die Stichprobe groß genug und die Probenpräparation angemessen durchgeführt wurden. Nach Bestimmung der optimalen Bedingungen für eine zuverlässige und repräsentative EBSD Messung des TRIP Stahls wurde diese Methode verwendet, um das Verformung- und Transformationsverhalten des Austenits während unterbrochener ex-situ Biegeversuche zu untersuchen. Die Einflüsse von Größe und Form der Austenitkörner auf die Verfestigung des untersuchten TRIP-Stahls wurden durch eine einfache Mischungsregel für die Spannungsverteilung und ein Kurzfaser-Kompositmodell erklärt. Ein Kompositmodell nach Cox wurde benutzt, um den Einfluss der Kornform auf die Lastverteilung zwischen den Kristalliten zu erklären. Außerdem zeigten die Ergebnisse der Korn-gemittelten Missorientierung, dass während des Beginns der Verformung hauptsächlich große Körner verformen. Sie erreichen dabei aber nicht dasselbe Dehnungsniveau wie die kleinere Körner, da Sie schon im Frühstadium der Verformung in Martensit umwandeln. Die Texturentwicklung unter Zug und Druck wurde durch Analyse der EBSD Ergebnisse des Biegeversuchs bestimmt. Die Entwicklung der Textur des Austenits (kfz-Struktur) wird durch die Verformung und die Transformation der Restaustenitkörner bestimmt, während die Texturentwicklung des Ferrits (krz-Struktur) nur durch die Verformung der Körner bestimmt ist. Es wurde ein theoretischer Zusammenhang zwischen der Texturentwicklung von kfz und krz Phase entwickelt, indem in einem phenomenologischen, konstitutiven Verformungsmodel. Durch Vergleich der experimentellen und theoretischen Ergebnisse konnte gezeigt werden, welche Texturkomponenten des Austenits durch die Verformung und welche durch die Transformation verursacht wurden. Die Vergleiche zeigen, dass der starke Rückgang der Messinglage und der Gosslage auf die martensitische Umwandlung der so orientierten Austenitkörner zurückzuführen ist. Im letzten Teil der Arbeit wird eine detaillierte Analyse der Einflüsse von Korngröße, Kornform und kristallographischer Textur auf die Austenitstabilität vorgestellt. Die Experimente ergaben, dass die Austenitkristalle nicht kontinuierlich in Martensit umwandeln sondern in einem 3-Stufen-Prozess. Dementsprechend kann das Verhalten der Körner in 3 Gruppen kategorisiert werden, Körner die bei kleinen Dehnungen mit hoher Rate umwandeln, solche, die bei hohen Dehnungen mit niedriger Rate umwandeln und schließlich ein umwandlungsfreier Bereich, bei dem die Körner nicht umwandeln. Kristallite die bei kleinen Dehnungen umwandeln sind üblicherweise relativ groß, haben einen kleinen Taylorfaktor und ein stark gelängte Form. Die stabileren Körner sind klein, mehr äquiaxial in ihrer Form und haben einen hohen Taylorfaktor. Der Dehnungsbereich zwischen früh und spät umwandelnden Kristalliten, in dem keine Umwandlung stattfindet, kann dadurch erklärt werden, dass es aufgrund der Textur des Werkstoffes nur wenige Kristalle mit mittleren Taylorfaktoren gibt. Schließlich wurde eine logische Regressionsanalyse durchgeführt, um den relativen Beitrag der verschiedenen Einflussfaktoren auf die Austenitstabilität zu quantifizieren. Die Ergebnisse dieses Modells zeigten, dass die Korngröße der wichtigste Parameter ist. Die vorgelegte Arbeit zeigt an erster Stelle, wie eine zuverlässige und repräsentative Beschreibung der der Mikrostruktur mittels EBSD Technik durchgeführt werden kann. Zum zweiten wurde eine umfassende Analyse des Zusammenhangs von Mikrostruktur und makroskopischen mechanischen Eigenschaften eines niedrig legierten TRIP-Stahls vorgestellt. Die Ergebnisse stellen eine gute Basis für die weitere Entwicklung von TRIP-Stählen da.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]

Identifikationsnummern