Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Legierungs- und Prozessdesign mit ICME-basierten Methoden zur Herstellung von Hochleistungskomponenten mit nano-bainitischem Gefüge

Um der steigenden Nachfrage nach neuen Materialien mit verbesserten Eigenschaften gerecht zu werden, sind traditionelle Materialdesign-Methoden alleine nicht mehr zielführend. Insbesondere bei der Optimierung nanostrukturierter Gefüge erfordert der sonst extrem hohe experimentelle Aufwand den Einsatz moderner Simulationstechniken insbesondere für KMU's, um den Entwicklungszyklus der Materialien drastisch zu verkürzen. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, einen integrierten Simulationsframework unter Verwendung verschiedener Rechenwerkzeuge und Multiskalen-Materialmodelle derart einzurichten, dass er dazu genutzt werden kann, um einen maßgeschneiderten Einsatzstahl mit optimierten Legierungsanteilen bzw. Wärmebehandlungsparametern zu entwickeln. Dies führt zur Entstehung eines nano-bainitischen Gefüges in der aufgekohlten Randschicht, was wiederum das Ermüdungsverhalten von Getriebebauteilen erheblich verbessert. Um heutige Standards zu erfüllen, ist es vorteilhaft, wenn Materialien mehrere Eigenschaftsanforderungen, wie bspw. Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit, erfüllen. Mit Integrated Computational Materials Engineering (ICME) werden Materialien als ein komplexes System betrachtet, welches mehrere, eng miteinander verbundene Subsysteme enthält, die durch die chemische Zusammensetzung, das Mikrogefüge und die Prozesskette des Materials beeinflusst werden. In HiPerBain werden fortgeschrittene Simulationswerkzeuge auf einer Simulationsplattform verwendet, welche verschiedene Modellierungsansätze in einer Vielzahl von Längen- und Zeitskalen miteinander verbindet. Die Materialentwicklung erfolgt im Zusammenspiel mit den ICME-Methoden und einer experimentellen Verifikation, sowie der Gegenüberstellung der Ergebnisse mit marktverfügbaren Materialien. Die entwickelten Stahlbauteile sollen zunächst in der Automobilindustrie sowie später in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden.