Sonderforschungsbereich 761

 

Stahl - Ab Initio. Quantenmechanisch geführtes Design neuer Eisenbasis-Werkstoffe

Ziele und Methoden

 

In dem Sonderforschungsbereich wird unter Nutzung von ab-initio-Methoden sowie ausgewählten mesoskopischen Modellierungsansätzen ein neuer Weg zur schnellen und zielgerichteten Werkstoffentwicklung beschritten.

Damit soll an einer neuen Werkstoffgruppe aufgezeigt werden, dass ab-initio-Ansätze für ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen in der Werkstofftechnik gezielt eingesetzt und weiterentwickelt werden können.

Für die Arbeit wird das System Fe-Mn-C ausgewählt, da bei Stählen aus diesem System die beobachteten mechanischen Eigenschaften auf unterschiedliche metallphysikalische Verformungsmechanismen zurückzuführen sind. Die ab-initio-Rechnungen sollen dabei Daten und Erkenntnisse liefern, die bereits in einem frühen Stadium in phänomenologischen Modellen auf Kontinuumsebene genutzt werden können, um damit den Entwicklungsaufwand zu reduzieren und die Entwicklungszeit zu verkürzen.

Es werden die wichtigsten thermodynamischen, kinetischen und mechanischen Effekte, die das System Fe-Mn-C auszeichnen und zu einer neuen Leichtbau-Werkstoffgruppe mit außerordentlichem Potenzial bezüglich Festigkeit und Duktilität machen, in den Grundlagen erkenntnisorientiert behandelt.

Eine parallel verlaufende experimentelle Validierung und technologische Umsetzung werden vorgenommen. Dazu gehört auch die Entwicklung einer in vielen Bereichen neuen Prozesstechnik sowie eine der Werkstoffgruppe und ihren Eigenschaften angepassten Prüftechnik. Dabei wird keine durchgehende Prozesssimulation angestrebt, vielmehr soll durch "scale hopping" skalenübergreifend modelliert werden.

Kurzfassung unserer Ziele

 

Kurzfristig soll erreicht werden:

  • Experimentelle Darstellung und Charakterisierung von Werkstoffen mit Fe-Mn-C-Matrix.
  • Nutzung der ab-initio-Methoden für die Vorhersage von Phasenübergängen und Mechanismenwechsel.
  • Quantifizierung des Einflusses von chemischer Zusammensetzung, Temperatur und weiterer Parameter auf die Verfestigungsmechanismen.

Die langfristigen Ziele des Sonderforschungsbereichs sind:

  • Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur Werkstoff- und Prozessentwicklung für metallische Werkstoffe basierend auf ab-initio-Ansätzen.
  • Werkstoff-Design einer neuen Klasse von Strukturwerkstoffen mit einer außergewöhnlichen Eigenschaftskombination von Festigkeit und Umformbarkeit.
  • Beschleunigung der Entwicklungszeit und Reduzierung des Aufwandes bei der Werkstoffentwicklung durch "scale hopping".
 

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