FWF - TMW - Thermomechanisches Schweißen (TMS)

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Alle metallischen Materialien bestehen aus Kristallen (Körnern) in der Größe von einigen 1/100 mm. Legierungen mit kleineren Körnern haben üblicherweise eine höhere Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu grobkörnigeren Werkstoffen. Daher führt die Kornfeinung in weiterer Folge zu einer Gewichtsreduktion von Komponenten, was mit wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen verbunden ist. Unter den verschiedenen Methoden der Kornfeinung sind thermomechanisch gesteuerte Prozesse (TMCP) die effizienteste Technik für die meisten technischen Legierungen.
Beim thermomechanischen Walzen (TMCP) werden Metalle einer starken plastischen Verformung bei hohen Temperaturen ausgesetzt, die zu stark verformten Körnern mit hoher gespeicherter Energie führen, was die Keimbildung neuer Körner unterstützt (Rekristallisation). Die Körner neigen bei hohen Temperaturen in der Regel zur Vergröberung (Kornwachstum). Um das zu vermeiden wird das Wachstum von rekristallisierten Körnern durch eine beschleunigte Abkühlung nach der Umformung während eines TMCPs gestoppt.
Metalle, die durch einen Schweißprozess gefügt werden, erfahren kurzzeitig und lokal sehr hohe Temperaturen, die zu Kornwachstum führen, wodurch die Verschlechterung der Festigkeit und Zähigkeit des geschweißten Materials vorgegeben ist. Die Kornfeinung an Schweißverbindungen ist daher ein maßgebliches Forschungsgebiet zur Weiterentwicklung der Schweißtechnik. Bisher wurden verschiedene Techniken, wie Lichtbogenpulsieren, elektromagnetisches- und Ultraschallschweißbadrühren untersucht. Die Wirksamkeit dieser Ansätze sind jedoch durch die Schweißbedingungen und die Legierungszusammensetzung eingeschränkt und sind ausschließlich auf das flüssige Schweißgut anwendbar. Neben dem Schweißgut (WM) tritt das Kornwachstum aber auch im angrenzenden Bereich, der Wärmeeinflusszone (HAZ), auf.
In diesem Projekt wird das thermomechanische Schweißen (TMW) untersucht, das mit TMCP vergleichbar ist, und die Kornfeinung im WM und in der HAZ zum Ziel hat. Um die geeignete Zeit für die Verformung und die geeignete Abkühlgeschwindigkeit zu bestimmen, ist eine grundlegende Untersuchung der Thermodynamik, der Kinetik und der Mechanismen des Kornwachstums und der Rekristallisation erforderlich. Dementsprechend wird eine umfassende Modellierung durchgeführt, die FEM, analytische Simulation und zelluläre Automaten (CA) umfasst. Parallel dazu sind physikalische Simulationen mit dem thermomechanischen GLEEBLE-System und Validierungsexperimente mit der vom Antragsteller konstruierten TMW-Anlage vorgesehen. Innerhalb des vorgeschlagenen Projekts werden zwei Stähle untersucht, welche hochfeste, niedrig legierten Stahl (HSLA) und austenitischen, rostfreien Stahl repräsentieren. Zusätzlich zu den Ex-situ Verfahren der Metallographie wird ein neues In-situ Verfahren namens LUMet verwendet, um die Korngröße und die Kinetik der Rekristallisation zu messen (wissenschaftliche Kooperation mit der Universität von British Columbia).
Die Innovation des Projekts liegt in einer neuen, kombinierten deterministischen und probabilistischen CA-Methode zur Simulation von Kornwachstum und Rekristallisation sowie der Untersuchung einer Methode zur Kornverfeinung beim Schweißen. Eine Verbesserung des Schweißgefüges mittels TMW würde zu einer Verbesserung der Eigenschaften von Schweißverbindungen und deren zerstörungsfreien Prüfbarkeit führen.
StatusLaufend
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/07/1930/06/23