Details

Autor(en) / Beteiligte

• Düsing, Martin
• Mahnken, Rolf[Akademischer Betreuer]
• Müller, Ralf[Akademischer Betreuer]
• Antretter, Thomas[Akademischer Betreuer]

Titel

Simulation of bainitic transformation with the phase field method

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2018

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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 12.10.2018
• Open Access
• ger: Bainit ist ein Gefüge mit hervorragenden Eigenschaften, das durch gezieltes Abkühlen von Stahl entsteht. Durch dessen hohe Zähigkeit und gleichzeitig hohe Härte ist es für unterschiedliche Einsatzzwecke in der Industrie sehr gut geeignet. Bainit tritt als oberer und unterer Bainit auf. Die beiden Morphologien unterscheiden sich durch Größe und Ort von Karbidausscheidungen. Während die Phasenumwandlung von Austenit zu bainitischem Ferrit unabhängig von der Kohlenstoffdiffusion abläuft, ist die anschließend einsetzende Diffusion für die Ausscheidung der Carbide von entscheidender Bedeutung. In dieser Arbeit wird ein Modell präsentiert, das die Umwandlung von Austenit zu oberen und unteren Bainit mit der Phasenfeldmethode beschreibt. Dabei werden die Phasenumwandlung von Austenit zu bainitischen Ferrit, die anschließenden Diffusionsprozesse, das Ausscheiden von Carbiden und das anisotrope Wachstum durch Eigendehnungen simuliert. Das Model nutzt ein thermodynamisches Rahmenmodell, welches in dieser Arbeit hergeleitet wird und auf der Theorie der generalisierten Spannungen basiert. Diese Formulierung bietet eine Unterscheidung zwischen universellen physikalischen Gesetzen und konstitutiven Gleichungen, die speziell für den abzubildenden Transformationsprozess gewählt werden. Das mathematische Model wird numerisch mit der Methode der finiten Elemente gelöst. Die Ergebnissezeigen das Potenzial des Rahmenmodells und den beschriebenen Transformationsprozess des Bainits.
• eng: Bainite is a steel microstructure with useful properties for the industry. It combines a high toughness with a hardness value between that of pearlitic and martensitic steels. It occurs as upper and lower bainite which can be distinguished by the size and place of carbides precipitating from austenite or bainitic ferrite, respectively. While the phase transformation from austenite to bainitic ferrite is considered to be displacive, the subsequent carbon diffusion is crucial to the precipitation of carbides and in turn crucial to the formation of the two different morphologies, upper and lower bainite. In this work a phase field model is presented describing the complex transformation from austenite to upper and lower bainite, considering the displacive phase transition from austenite to bainitic ferrite, different diffusion mechanisms, the precipitation of carbides and anisotropic growth due to eigenstrains. The model uses a thermodynamic framework which is derived in this work. The framework is based on generalized stresses and forces providing a strict distinction between universal laws, such as the first and second law of thermodynamics, and constitutive equations which are chosen for the actual transformation process. Prototype models are proposed and numerically solved using the finite element method. The results show the capability of the derived thermodynamic framework and the expected behaviour of bainite.