Modellierung der Gefüge-Eigenschafts-Korrelation bei Dualphasenstahl

Abstract

Dualphasenstahl zeichnet sich durch eine für Strukturwerkstoffe wünschenswerte Kombination aus hoher Dehnbarkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit aus. Die Ursache der Eigenschaften liegt in seinem Gefüge bzw. seiner Mikrostruktur, bestehend aus weichem Ferrit und hartem Martensit, begründet. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung dieser Gefüge-Eigenschafts-Korrelation durch numerische Simulationen auf Basis dreidimensionaler Mikrostrukturen. Die Betrachtung umfasst alle zur Modellierung relevanten Schritte, von der experimentellen Untersuchung der Materialeigenschaften über die numerische Umsetzung der Materialtheorie bis hin zur Simulation der mechanischen Eigenschaften. Ein Verfahren zur Bestimmung der Größe des repräsentativen Volumenelements wird dazu ebenso entwickelt wie eine praktikable Methode zur Steigerung der numerischen Effizienz. Die Erzeugung virtueller Dualphasenstahl-Mikrostrukturen ist ein zusätzlicher Schwerpunkt der Arbeit. Zu diesem Zweck wird ein Modell zur numerischen Erstellung virtueller Mikrostrukturen entsprechend vorgegebener Geometrieparameter entwickelt und validiert. Ziel des Vorgehens ist, nicht nur bekannte Stähle in der Simulation zu untersuchen, sondern auch die Möglichkeit zur Evaluation neuer Mikrostrukturen zu schaffen.

Dual-phase steel is characterized by a combination of high ductility and high strength that is preferable for structural materials. This is due to its microstructure consisting of soft ferrite and hard martensite. The present work deals with the modelling of microstructure-property correlation by numerical simulations on the basis of three-dimensional microstructures. The analysis includes all steps relevant for modelling, from the experimental investigation of material properties and the numerical implementation of the material theory up to the simulation of the mechanical properties. A method for the determination of the size of the representative volume element will be developed as well as a straightforward method to increase numerical efficiency. The generation of virtual dual-phase steel microstructures is a further focus of the work. For this purpose a model for the numerical construction of virtual microstructures according to given geometry parameters is developed and validated. The aim of the procedure is to not only investigate known steels in the simulation, but also to create the possibility of evaluating new microstructures.