Nanolaminate TRIP-TWIP martensitic matrix steels : design and characterization

  • Nanolaminierte TRIP-TWIP Stähle mit martensitischer Matrix : Design und Charakterisierung

Wang, Meimei; Raabe, Dierk (Thesis advisor); Bleck, Wolfgang (Thesis advisor)

Aachen (2015, 2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2015

Kurzfassung

Als sehr bekannter aber am wenigsten verstandenes Gefügebestandteil vieler moderner Hochleistungsstähle leidet Martensit an seiner inhärenten Sprödigkeit. Das Ziel dieser Arbeit ist die Steigerung der Duktilität und Zähigkeit von martensitischen Materialien durch Erzeugung einer nanolaminierten Mikrostruktur aus abwechselnden Schichten aus Martensit und Austenit unter Ausnutzung von Seigerungseffekten. Es wird erwartet, dass diese Austenitschichten Risse auffangen können, indem sie z.b. Rissspitzen abstumpfen oder Risse ablenken. Um Verbesserungen der mechanisch/technologischen Eigenschaften verstehen zu können, ist es notwendig, die für Verformung und Schädigung relevanten Mikromechanismen in den verschiedenen Gefügebestandteilen und deren Wechselwirkungen systematisch zu untersuchen.Für diese Aufgabe wurde in dieser Arbeit ein Fe-9Mn-3Ni-1.4Al-0.01C (Massen %) martensitischer Mittelmanganstahl konzipiert. Durch Unterstützung durch thermodynamische und kinetische Simulationen (Programme Thermo-Calc und Dictra mit TCFE7 und MOBFE2 Databases) wurden Seigerungen ausgenutzt, um ein nanolaminiertes Gefüge bestehend aus abwechselnden Schichten aus Martensit und Reversionsaustenit zu kreieren. Die mikrostrukturelle und mikromechanische Charakterisierung wurde durchgeführt mittels in-situ/post-mortem Zug- und Biegeversuchen in Verbindung mit hochauflösender auf Rasterelektronenmikroskopie basierender Elektronrückstreubeugung (EBSD), electron channeling contrast imaging (ECCI), Sekundärelektronenabbildung (SE) und energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) als auch post-mortem Transmissionselektronemikroskopie (TEM), Röntgendiffraktionsanalyse (XRD) und Synchroton-Röntgendiffraktionsanalyse (SXRD). Unter Zuhilfenahme von Thermo-Calc und Dictra Berechnungen zeigen die Ergebnisse, dass über Seigerungseffekte schließlich alle Grenzflächen zwischen den Martensitlatten mit nanoskopischen Schichten aus Reversionsaustenit belegt werden können und somit die Erzeugung einer nanolaminierten Mikrostruktur ermöglicht wird. Durch diese nanolaminierte Mikrostruktur aus Martensit und Reversionsaustenit wird bei plastischer Verformung die Verfestigungsrate und der Widerstand gegen Schädigung gesteigert. Dies wird zurückgeführt auf (i) eine dynamische Dehnungsumverteilung zwischen Martensit und Reversionsaustenit, bedingt durch die ausgeprägten dynamischen Wechselwirkungen zwischen Versetzungsgleitung, verformungsinduzierte Phasenumwandlung, die zu einem TRIP Effekt führt und mechanische Zwillingsbildung und (ii) auf die nanolaminierte Gefügemorphologie. Dies führt zu einer verbesserten Duktilität. Unterdessen wurde im Reversionsaustenit ein unerwarteter ‘kleiner ist weniger stabil’ Effekt beobachtet. Dieser unerwartete Umwandlungsgrößeneffekt tritt aufgrund der größenabhängigen Konkurrenz zwischen mechanischer Zwillingsbildung und verformungsinduzierter Phasenumwandlung auf. Zusätzlich wird eine aussichtsreiche Strategie vorgeschlagen, um die Austenitreversion auszunutzen für das Design von martensitischen Stählen mit verbesserter Beständigkeit gegenüber Wasserstoffversprödung.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]
  • Lehrstuhl für Werkstoffphysik und Institut für Metallkunde und Materialphysik [523110]
  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]

Identifikationsnummern