Projekt B8: Phasenfeldsimulation der Mikrostrukturentwicklung beim Abschrecken während des Presshärtens

Motivation und Zielsetzung:
Für die endgültige Mikrostruktur eines einem Formprozess unterworfenen Stahlblechs, spielt die Kühlrate eine wichtige Rolle. Normalerweise wird der Stahl über die kritische Temperatur für den Übergang in den Austenit erhitzt (Kristallstruktur ändert sich ins kubisch-flächenzentrierte) und anschließend gekühlt.

• Langsames Kühlen führt zur Bildung einer weichen Perlit-Phase (Ferrit+Zementit).
• Schnelles Kühlen (Abschrecken) führt zur Bildung der harten Martensit-Phase (tetragonal-raumzentriert).

Das Forschungsziel des Projektes B8 lautet, wie folgt: Entwicklung eines Phasen-feld Modells zur Beschreibung der Phasentransformationen in Stahl abhängig von der Kühlrate (a) Austenite zu Perlit, Bainit und (b) Austenit zu Martensit.

• Entwicklung einer Multi-Phasenfeld Formulierung basierend auf dem Großkanonischen Potential Funktional zur Simulation des diffusiven Phasenübergangs von Austenite nach Perlit und Vergleich mit analytischen Ergebnissen.
• Anpassung des Freie Energie Modells zur Einbindung des elastischen Potential Modells nach grand zur Simulation von Phasenübergängen, welche auf Umklappvorgänge im Kristallgitter zurückzuführen sind. Ein solcher ist z.B. der Austenit zu Martensit Phasenübergang.
• Vergleich der numerischen Ergebnisse mit dem Koistinen-Marburger-Model und dem Johnson-Mehl-Avrami-Model in Kooperation mit Projekt A9 und Projekt A14.

• Analytische Studien zum stabilen lamellaren Wachstum mittels eines Jackson-Hunt ähnlichen Berechnung und hergeleitete Ausdrücke für lamellare Geschwindigkeit und Lamellenabstand bei unterschiedlicher Unterkühlung.
• Phasenfeld Simulation eutektoider Phasentransformation und Vergleich mit analytischen Ergebnissen.