S02 - Validierung

S02 - Korrelationsuntersuchungen zur experimentellen Validierung der Hochdurchsatzmethodik

Herk?mmliche Werkstoffentwicklung basiert auf der empirischen und iterativen Synthese, sowie Analyse, von Probenabmessungen nahe denen der industriellen Praxis, mit entsprechend adaptierten Synthese- und Prozessmethoden. Diese etablierten Verfahren erlauben die pr?zise und reproduzierbare Ermittlung und den Vergleich relevanter mechanischer und mikrostruktureller Kenngr??en hinsichtlich der industriellen Werkstoffherstellung mit dem Ziel der Weiterentwicklung. Auf diesen Skalen hat sich der Stand der Forschung herausgebildet und nur dort greifen etablierte empirische Modelle und Zusammenh?nge ohne Einschr?nkung.

Die im Gegensatz erheblich verkleinerten und beschleunigten Erstarrungsvorg?nge der in diesem SFB anvisierten Tropfensynthese und Dünnschicht-Legierungen und deren Auswirkung auf Gefüge und mechanische Eigenschaften sind jedoch nur schwer systematisch abzusch?tzen, insbesondere angesichts der sich anschlie?enden komplexen thermo-mechanischen Historie. Weiterhin ist an den genannten Kleinstproben nur eingeschr?nktes, punktiertes Prüfen der mechanischen Eigenschaften m?glich, beispielsweise sind keine genormten Zugversuchs, Kerbschlagversuche oder Standard-H?rtemessungen durchführbar.

Daher besch?ftigt sich dieses Teilprojekt mit der systematischen Herstellung und Beurteilung einer skalierenden Verbindung zwischen diesen beiden Wirkungsfeldern mit dem Ziel, mikrostrukturelle Ursachen m?glicher Unterschiede auszumachen und zu erkl?ren, und so einen Beitrag zur Entwicklung eines Modells zu liefern, welches den Transfer erm?glicht, und so den Horizont von Hochdurchsatzverfahren zu erweitern. Dies ist eine essentielle wissenschaftliche Fragestellung in der Materialentwicklung, da bisher keinerlei Erkenntnisse zur ?bertragungsm?glichkeit und Mikrostrukturabh?ngigkeit unterschiedlicher Gr??enskalen von Hochdurchsatzverfahren existieren.

Um diesen Transfer zu leisten, werden parallel zur Hochdurchsatzuntersuchung strategisch ausgew?hlte Stützstellen erarbeitet, die eine Anwendung von vergleichenden Tests erlauben, sowie Wegmarken bei der Erstellung von Versuchspl?nen und der Kalibrierung der Testmethoden auf eine weite Bandbreite von Probengr??en zur Verfügung stellen. Im Umkehrschluss sollen sp?ter vielversprechende Probenzust?nde auf nahezu industriellem Ma?stab zu reproduzieren versucht werden.

Dies geschieht dann im Rahmen einer quasi-konventionellen Synthese, Prozessierung und Charakterisierung, mittels bew?hrter Methoden erh?hten Durchsatzes, wie sie bereits am MPIE entwickelt und anhand verschiedener Stahlwerkstofffamilien erprobt wurden. Der weite Zustandsraum m?glicher Legierungszusammensetzungen und W?rmebehandlungen, wie er nur durch Kleinstproben erschlossen werden kann, soll dabei in einem gr?beren Raster reproduziert und überprüft werden, um in Kombination mit Stützwerten aus Literatur und Industriekennwerten eine solide Daten-Basis zur Methodenentwicklung zu erhalten. Letztlich soll sich dann eine gezielte und detaillierte Mikrostrukturcharakterisierung zur Erkl?rung und Optimierung interessanter Ph?nomene anschlie?en.

Publikationen

H. Springer, C. Baron, F. Mostaghimi, J. Poveleit, L. M?dler, V. Uhlenwinkel: Additive manufacturing of high modulus steels: new possibilities for lightweight design, Additive Manufacturing 2020,  https://www.oi.org/10.1016/j.addma.2019.101033 .

C. Baron, H. Springer: Property‐Driven Development of Metallic Structural Materials by Combinatorial Techniques on the Example of Fe–C–Cr Steels, steel research international 2019,  https://www.doi.org/10.1002/srin.201900404 .

C. Baron, H. Springer: On the effect of Ni additions to Fe – Cr – B high modulus steels, Materials & Design 2019, 167,  https://www.doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107624

C. Baron, H. Springer: Properties of particle phases for metal-matrix-composite design, Data Brief 2017, 12, 692-708 https://www.doi.org/10.1016/j.dib.2017.04.038

H. Springer, C. Baron, A. Szczepaniak, V. Uhlenwinkel, D. Raabe: Stiff, light, strong and ductile: nano-structured High Modulus Steel, Sci Rep 2017, 7, 2757 https://www.doi.org/10.1038/s41598-017-02861-3