Forschungsprojekte der Forschungsgruppe Computergestützte Werkstoffentwickling
Laufende Projekte
Markus Führer
Die Entkohlung führte zur Bildung einer oberflächennahen ferritischen Zone. Wir gehen der Frage nach, welche Rolle wenige wt. ppm von legiertem Bor spielt für die Entwicklung der Temperatur-Zeit-räumlichen Phase eine Rolle, möglicherweise in Wechselwirkung mit anderen Interstitialen wie Kohlenstoff (wie hier untersucht) und Stickstoff.
Vielen Dank an die va Forschungs-Service Gesellschaft für die Unterstützung bei den EPMA Carbon Analysen an ihrem Standort.
Elektrosondenmikroanalytische (EPMA) Quantifizierung der Entkohlung
Nicolas Garcia, Roman Schuster
Die Kugel bietet mehrere Stellen für Al2Cu (weißlich erscheinend, Keimbildung an der Grenzfläche zu Al3Sc). Wir interessieren uns für die Auswirkungen von kombinierter hoher Verformung und Vorkeimen auf die Ausscheidungsentwicklung von Al-Cu-Partikeln. Das Mikrolegieren von Al-Legierungen wird mit dieser Einstellung realisierbar, da die Beschleunigung der Ausscheidungsentwicklung im Vergleich zur einfachen thermischen Alterung signifikant ist.
Rasterelektronenmikroskopische Feldemissionskanonenaufnahme (FEG-SEM) eines kugelförmigen, geordneten Al3Sc-Partikels
Sabine Krisam
Wir interessieren uns für die räumliche Auflösung der Rolle von Si bei verschiedenen Phasenbildungen des Al-Fe-Si- und Al-Fe-Mn-Si-Systems innerhalb der intermetallischen Naht von Al-Fe-Schweißnähten. (a) Amella mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB), die aus einem Si-haltigen Füllmaterial innerhalb einer Fe-Al-Schweißnaht hergestellt wurde, und (b) chemische Profile durch Transmissionselektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektrometrie (TEM-EDS) und ( c,d) TEM-EDS-Karten zeigen die inhomogene Verteilung von Fe und Si innerhalb der intermetallischen Al-Fe „η-Phase“. (e) Ausgewählte Bereichsbeugungsmuster (SAED) von geordneten (gelbes Kästchen) und langreichweitigen (LRO, grünes Kästchen) Regionen innerhalb des η-Korns. Wir zeigen, dass lokal verringerter Si-Gehalt mit der Bildung von Fernordnung innerhalb des Korns korrespondiert. Dies wird durch Überstrukturreflexe (blauer Pfeil) bestätigt. Der Ordnungszustand wurde als „η’’’-Phase“ identifiziert. Im Bereich hoher Si-Gehalte (gelber Kreis/Kasten) deutet eine diffuse Streuung (weiße Pfeile) auf das Fehlen einer solchen Fernordnung hin.
Der Universitäts-Serviceeinrichtung für Transmissionselektronenmikroskopie (USTEM) danke ich für die Bereitstellung des Analyseaufbaus.
Charakterisierung von Ordnungszuständen in Al-Fe-Schweißnähten über die intermetallische Zone
Sabine Krisam
TEM-EDS-Profile (g) über die intermetallische Naht von (a) Si-reichen und (d) Si-armen Schweißnähten weisen darauf hin, dass Si-Gehalte >3–3,5 at.% die Bildung der Fernordnung (b,c ), während Si-Gehalte < 3 At.% den Bestellvorgang nicht behindern (e,f). Die roten Kreise in (e) und (f) markieren die Satellitenreflexe der LRO η’’’-Phase. Die dargestellte kristallographische Zonenachse ist [010]. Die Zonenachse ist eine Richtung, die sich auf das direkte Gitter eines Kristalls in drei Dimensionen bezieht. Es wird daher mit direkten Gitterindizes indiziert.
Der Universitätsserviceeinrichtung für Transmissionselektronenmikroskopie (USTEM) der TU Wien danke ich für die Bereitstellung des Analyseaufbaus.
variierendes Si im Füllmaterial von Al-Fe-Schweißnähten
Evelyn Sobotka
Durch kombinierte Charakterisierung des Aussehens nanoskaliger kubischer Carbonitrid-Partikel („MX“, M steht für Metallatome Nb, Ti, V. X=C, N) mittels TEM, experimenteller Fokus auf die Rolle der Deformation für ihre Entwicklung, und Durch einen anschließenden Vergleich mit den Erwartungen der thermokinetischen Simulation haben wir Hinweise erhalten, dass tatsächlich nichtmetallische Einschlüsse und Karbonitride die Bildung von intragranularem Ferrit bestimmen, der bevorzugt an diesen Ausscheidungsstellen Keime bildet, d Phasenumwandlung der Stahlmatrix. Dieses Wissen und seine Vorhersage ermöglichen eine verbesserte thermomechanische Behandlung von mikrolegiertem Stahl im Hinblick auf maßgeschneiderte Materialeigenschaften für verschiedene technologische Verarbeitungsschritte innerhalb der Stahlrohrherstellung.
Der Universitätsserviceeinrichtung für Transmissionselektronenmikroskopie (USTEM) der TU Wien danke ich für die Bereitstellung des Analyseaufbaus.
cubic carbonitride particles and nonmetallic inclusions
Marko Vogric
Wir vergleichen unterschiedliche Modellierungen von Diffusions- und Grenzflächenkontrolle beim Wachstum von voreutektoidem Zementit an Austenitkorngrenzen. Wir verwenden Beweise für einen „leistenweisen“ Wachstumsmechanismus, der zu einer abgestuften Morphologie der Austenit / Zementit-Grenzfläche in unserer Modellierung führt, wie im Bild schematisch dargestellt. Die anisotrope Beweglichkeit der Phasengrenze Austenit/Zementit führt dazu, dass sich eine Grenzfläche aus Stufen (oder Leisten) bildet und aufeinander wächst. Wir untersuchen den Einfluss einer solchen strukturierten Grenzfläche auf die Korngrenzen-Zementit-Wachstumskinetik aufgrund von z. B. elastischen Wechselwirkungen zwischen Leisten aufgrund von Unterschieden in den molaren Phasenvolumina. Wir vergleichen die Ergebnisse dieser Grenzflächenkontrolle mit Simulationen der Zementitausscheidung mit einer ungeordneten Grenzfläche, basierend auf der klassischen Keimbildungstheorie und einem Modell für das Wachstum von Ausscheidungen, das die Einschränkungen einer heterogenen Keimbildungsstellenenergie und einer endlichen Grenzflächendicke im nm-Bereich berücksichtigt.
Vielen Dank an die va Forschungs-Service Gesellschaft für die Unterstützung bei den EPMA Carbon Analysen an ihrem Standort.
Korngrenzenzementits in übereutektoidem Stahl
Roman Schuster, Aurelie Jacob, Sanjeev Kumar (alumni)
Intermetallische Phasenbildungen während der Verarbeitung dieser Stahlsorte tragen zur Versprödung des Materials bei, daher suchen wir nach Strategien, um deren Keimbildung und Wachstum zu verlangsamen. Mittels Mikroanalyse mit FEG-SEM fanden wir zwei temperaturabhängige Formationstypen der Sigma-Phase, bei denen oberhalb von 950°C die randartige Formation (im Gegensatz zur lamellaren pseudo-eutektoiden Formation im Wechsel mit neu gebildetem Austenit) zu beobachten ist in dieser Stahlsorte. Elementprofile im unteren Teil des Bildes, bestimmt durch EPMA-Analyse, zeigen die Änderung des Mo-Gehalts über die Grenzfläche Sigma-Phase/Austenit. Wir sind daran interessiert, durch die Interpretation verschiedener Elementprofile die jeweilige Rolle der Diffusion an dieser Korngrenze und der Korngrenzenmobilität (die Frage der „beweglichen Grenze“) für die Entwicklung der intermetallischen Phase zu verstehen.
Dank geht an das Lithosphäreninstitut der Universität Wien für die Bereitstellung des EPMA-Analyseaufbaus.
Entstehung von heterogenen (an Korngrenzen liegenden), intermetallischen Sigma-Phasenausscheidungen in hochlegiertem, korrosionsbeständigem austenitischem nichtrostendem Hyperduplex-Stahl
Markus Führer, Daniela Wipp (alumni)
Verständnis nanoskaliger Mehrphasen-Ensembles der Nitride TiN, AlN und BN in Bor-mikrolegierten Stählen. Ihre Charakterisierung mittels TEM, Zusammenhänge, Evolution und Einfluss auf Materialeigenschaften.
Es ist allgemein bekannt, dass Bornitrid, BN, die Materialeigenschaften in borlegiertem Stahl verschlechtert. Auch wird bisher erwartet, dass TiN ausreichend Stickstoff binden und so die BN-Bildung verhindern kann. Unsere TEM-Ergebnisse zeigen jedoch, dass BN bei Vorhandensein von TiN nicht immer verhindert wird, da Nano-Ensembles aus TiN-AlN-BN nicht nur Stickstoff, sondern auch Bor binden, das dann nicht mehr verfügbar ist, da es sich teilweise in der Stahlmatrix auflöst (Voraussetzung für den „Bor-Effekt“ auf die Härtbarkeit von Bor-mikrolegiertem Stahl).
Nitridwechselwirkungen in Borstahl
Abgeschlossenen Projekte
Daniela Wipp
Wir fanden neue Beweise durch die Verwendung von 3D-APT (Atomsondentomographie) für die Anreicherung von Bor an Grenzflächen, einschließlich der Grenzfläche zwischen naongroßen Karbidpartikeln und der Stahlmatrix von Bor-mikrolegiertem Stahl. Dieser Befund wirft die wichtige und grundlegende Frage der Konkurrenz zwischen der thermodynamischen Gleichgewichtsauflösung eines Elements im kristallographischen Gitter von z. B. einem Karbidteilchen und der kinetischen Anlagerung solcher segregierender Spezies auf. Die beiden Szenarien führen zu einer unterschiedlichen Vorhersage der Materialreaktion während der thermischen Verarbeitung.
Vielen Dank an die RWTH Aachen, Fachgebiet Eisenmetallurgie, für die Unterstützung bei den 3D-APT-Analysen vor Ort.
Bor in Perle