Evidence and effects of heterogeneities in complex phase and dual phase steels

Chang, Yuling; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Mayer, Joachim (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Heterogene Werkstoffe werden im Alltag in großem Umfang eingesetzt. Ein typisches Beispiel dafür sind hochfeste Stähle (AHSS), die normalerweise aus verschiedenen Anteilen mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen und damit eine verbesserte Kombination aus Festigkeit und Duktilität erhalten. Eine umfassende und vollständige Beschreibung der Heterogenität in AHSS ist jedoch zurzeit nicht vorhanden. Im Rahmen dieser Studie werden die Zusammenhänge zwischen der Heterogenität von der Zusammensetzung, den Mikrogefügen und den Eigenschaften mithilfe vier industrieller Dualphasen- (DP) und Komplexphasen-Stähle (CP) untersucht. Eine korrelative Vorgehensweise, die verschiedene Elektronenmikroskope und Nanoindentation kombiniert, wird entwickelt und verwendet, um die Heterogenität in der Mikrostruktur zu identifizieren und zu charakterisieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Mn abwechselnd angereichert und abgereichert in Bändern parallel zur Walzrichtung vorliegt, während die lokale C-Konzentration eng mit der räumlichen Phasenverteilung verbunden ist. Der Vergleich zwischen DP800 und CP800, die aus demselben Gussstück hergestellt aber zu dem Zweck der Erbringung von Variationen in der lokalen Gefügebildung im interkritischen Glühregime abweichend wärmebehandelt wurden, zeigt, dass die Segregation von Mn die Phasenumwandlung und die C-Verteilung während des ganzen Herstellungsprozesses beeinflusst. In DP800 war die Heterogenität der C-Verteilung ausgeprägter und Martensit vererbte aus der Mn-Bänderung aufgrund der niedrigeren interkritischen Glühtemperatur, die zu einem geringeren Anteil an Austenit und einer intensiven C-Verteilung führte. Andererseits wurde der CP800 in einer erhöhten interkritischen Glühtemperatur wärmebehandelt und wies eine homogenere C-Verteilung auf, was schließlich zu einer homogeneren Verteilung des Martensits führte. Neben ihrer unterschiedlichen Verteilung in den vorliegenden Phasen sind C und Mn in einigen einzelnen Körnern/Flächen heterogen verteilt, was zu einer Variation der lokalen Eigenschaften führt. Die Härteverteilungen der untersuchten Materialien wurden durch Nanoindentation charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die konventionelle Härtedifferenz zwischen verschiedenen Phasen nicht mehr verwendbar ist, um die heterogenen Mikrostrukturen mit der Dehnbarkeit (stretch-flangeability) der Werkstoffe zu korrelieren. Aus diesem Grund wird eine neue Vorgehensweise entwickelt, die die Shannon-Entropie der Härteverteilung mit der Ausbreitung der lokalen Härte in Bezug auf die Mikrostruktur kombiniert. Mit dieser Vorgehensweise werden die Mikrostruktur und die Härteheterogenität erfolgreich mit der lokalen Verformbarkeit des Materials korreliert. Die vorliegende Arbeit bietet neue Perspektiven, die heterogene Mikrostruktur zu verstehen und hoffentlich das Materialdesign für die gewünschten Eigenschaften durch die Fabrikation der Heterogenität in der Mikrostruktur zu begünstigen.

Einrichtungen

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

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