FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Strategisches
Forschungsprojekt
www.mcl.at
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A 1.5
Energetische Betrachtungen erlauben es, die sich einstellende Martensitstruktur
vorherzuberechnen und mit HRTEM-Untersuchungen der Arbeitsgruppe Physics of
Nanostructured Materials an der Universität Wien zu vergleichen. Dazu sind kom-
plexe Finite-Elemente-Studien notwendig, die mittlerweile dreidimensional und voll
parametrisiert durchgeführt werden können. Ein wesentliches Ergebnis dieser Ana-
lysen, die Verteilung der Verzerrungsenergiedichte, ist in Abbildung 2a zu sehen. Ab-
bildung 2b zeigt im Vergleich dazu die experimentell gefundene Morphologie.
Die energetischen Betrachtungen liefern wertvolle Informationen über die Entwick-
lung der Produktphase in einem martensitisch umwandelnden Stahl, für den aus
einer früheren thermomechanischen Versuchsserie bereits eine reichhaltige Daten-
sammlung existiert. Die Umwandlung hat einen wichtigen Effekt zur Folge, der als
„
Transformation Induced Plasticity“ bezeichnet wird. Im makroskopischen Teil des
Projekts besteht der Ehrgeiz nun darin, diesen Effekt für beliebige Lastfälle rich-
tig abzubilden. Die dazu notwendige kontinuumsmechanische Beschreibung soll so
aufbereitet werden, dass sie als fertiges Modul in ein FE-Programm implementiert
werden kann. Die Arbeiten dazu werden zum Teil am Centre des Matériaux der Ecole
des Mines de Paris durchgeführt, einer Forschungsinstitution, die auf dem Gebiet der
thermomechanischen Charakterisierung von Werkstoffen weltweit führend ist.
Der Schlüssel zur korrekten Materialbeschreibung
liegt dabei in der Formulierung einer Potentialfunk-
tion für die Phasenumwandlung, welche dann zur
Ableitung transformationsinduzierter Dehnungen
herangezogen werden kann. Abbildung 3a zeigt ex-
emplarisch eine dreidimensionale Darstellung ei-
nes solchen Transformationspotentials. Die daraus
resultierenden Dehnungen werden in Abbildung 3b
mit den bereits vorhandenen experimentellen Wer-
ten verglichen. Augenscheinlich liefert die Simula-
tion bereits sehr zufriedenstellende Ergebnisse. Die
Formulierung der relevanten konstitutiven Zusam-
menhänge erlaubt auch die Simulation komplexer
Temperatur- und Spannungspfade, womit sich das
vorgeschlagene Modell von der Vielzahl der in der
Literatur veröffentlichten Modelle abhebt und damit
einen entscheidenden wissenschaftlichen Neuwert
bietet. Damit liefert das Projekt neben seiner wissen-
schaftlichen Relevanz letztendlich die Basis für die
korrekte Vorhersage von Eigenspannungen zufolge
fertigungsbedingter Phasenumwandlungen.
Das Projekt wurde in Kooperation mit dem Institut für
Mechanik und dem Lehrstuhl für Atomistic Modelling
and Design of Materials der Montanuniversität Le-
oben, der Arbeitsgruppe Physics of Nanostructured
Materials der Universität Wien, dem Centre des Ma-
tériaux der Ecole des Mines de Paris und dem De-
partment of Materials Physics der Kungliga Tekniska
Högskolan (Royal Institute of Technology) durchge-
führt.
Abb. 2: Energetische Analyse der Martensitstruktur eines NiTi Korns
a) mittels FE-Methode, b) mittels HRTEM
a)
b)
Abb. 3: a) Transformationspotential, b) Vergleich der numerisch bestimmten
Dehnungen mit dem Experiment
a)
b)