Werkstoffentwicklung und -charakterisierung
Die Grundlage für die Entwicklung neuartiger Werkstoffe ist die detaillierte Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und mechanischen sowie physikalischen Eigenschaften. Für gezielte Werkstoffentwicklung beschäftigt sich das MCL mit vielen Forschungsprojekten mit Firmen- und Forschungspartnern rund um die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen verschiedenster Werkstoffklassen.
Das MCL befasst sich derzeit mit den folgenden Werkstoffsystemen:
- Werkzeugstähle
- Bainitische Stähle
- Precipitation hardening (PH) Stähle
- Duplexstähle
- Hochlegierte martensitisch/austenitische Stähle mit ausgezeichneter Festigkeit, Zähigkeit oder Duktilität
- Pulvermetallurgisch hergestellte Stähle mit hohem Hartphasenanteil
- Hartmetalle
Ansprechpartner
Im Bereich Werkstoffentwicklung und -charakterisierung umfassen die Forschungsschwerpunkte am MCL unter anderem folgende Themen:
Legierungsentwicklung
Die Konzeption neuer Legierungen oder Werkstoffsysteme ist ein äußerst komplexes Vorhaben, das tiefgreifende Erfahrung voraussetzt.
Am MCL werden hierzu detaillierte Mikrostrukturuntersuchungen gekoppelt mit der Prüfung der relevanten Eigenschaften an existierenden Werkstoffen durchgeführt, um damit ein Grundlagenverständnis über die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der jeweiligen Werkstoffklasse zu erlangen. Darauf aufbauend wird mit thermodynamischen und kinetischen Simulationen sowie mit Tools unseres Forschungsbereichs Atomistic Modelling versucht, die Eigenschaften neuer Werkstoffsysteme vorherzusagen.
Themen unserer Forschungsarbeiten stellen z.B. die Entwicklung bzw. Verbesserung von harten und äußerst verschleißbeständigen Werkzeugen dar, wobei hier sowohl auf die Entwicklung des Grundwerkstoffes als auch auf die Entwicklung geeigneter Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen eingegangen wird.
Austenitstabilität
Viele neuartige, äußerst duktile oder zähe Stähle weisen Effekte wie Transformation Induced Plasticity (TRIP), Twinning Induced Plasticity (TWIP) oder Transformation Toughening auf. Für all diese Effekte sind die Stabilitätseigenschaften eines meist fein verteilten Austenits in ferritischen oder martensitischen Matrizes entscheidend. Die Stabilität des Austenits ist im Allgemeinen der Widerstand gegen die Umwandlung in einen harten und spröden Martensit.
Die Forschungsaktivitäten am MCL konzentrieren sich in diesem Bereich einerseits auf die Untersuchung der Austenitstabilität. Mit Hilfe von Multimethodenansätzen bestehend aus Dilatometrie, Diffraktometrie, hochauflösenden bildgebenden Methoden und mechanischen Versuchen sind wir in der Lage, die Auswirkungen des Umwandlungsverhaltens des Austenits auf Zähigkeit, Festigkeit und Duktilität detailliert zu analysieren. Zusätzlich werden auch Methoden entwickelt, um die Transformation des Austenits in Martensit durch mechanische Belastung in-situ zu evaluieren (in-situ Zugversuche, etc.).
Andererseits werden die Ergebnisse der Stabilitätsuntersuchungen verwendet, um neue Legierungssysteme zu entwickeln, mit denen die oben genannten Effekte je nach Anwendung und resultierender mechanischer Belastung gezielt ausgenützt werden können.
Ausscheidungsverhalten
Generell beeinflusst das Gefüge von Metallen maßgebend die mechanischen Eigenschaften. Daher ist die Analyse der Mikrostruktur als grundlegend zu betrachten.
In derzeit laufenden Projekten werden beispielsweise die Anfangsstadien der Karbidbildung beim Anlassen sowie die Einflüsse der Wärmebehandlungsführung und Umformung (Abkühlrate, Haltezeit, Temperatur, usw.) auf Ausscheidungen, Bainit- und Martensitbildung bzw. auf Verspannungen im Gefüge untersucht.
Für die gezielte Analyse der meist nm-großen Gefügeelemente arbeiten wir mit wissenschaftlichen Partnern zusammen (wie z.B. mit dem Erich Schmid Institut oder dem Department für Metallkunde und Werkstoffprüfung an der Montanuniversität Leoben für Transmissionselektronenmikroskopie bzw. für Atomsondenmessungen).
Um in Zukunft mikrostrukturelle Prozesse vorhersagen zu können, werden experimentelle Ergebnisse der Gefügeuntersuchungen auch zur Weiterentwicklung der thermodynamischen/thermokinetischen Berechnungssoftware MatCalc herangezogen. Dies erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie an der TU Wien.
