- Titel
- Entwicklung einer Technologie zum gezielten Eigenschaftsdesign von austenitischen Stahlgusslegierungen mit TRIP/TWIP Eigenschaften am Beispiel von Verbindungselementen
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1004654
- Erstveröffentlichung
- 2025
- Datum der Einreichung
- 12.06.2025
- Datum der Verteidigung
- 18.11.2025
- DOI
- https://doi.org/10.60687/2025-0209
- Abstract (DE)
- Es ist unumstritten, dass technische Fortschritte zu einem wesentlichen Teil von der geziel-ten Anwendung spezieller, auf ihren Einsatzzweck abgestimmter Werkstoffe, abhängen. Die Entwicklung neuer Werkstoffe wird als Schlüsseltechnologie und Schrittmacherfunkti-on für viele industrielle Bereiche eingestuft. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ent-wicklung von Lösungsansätzen bzw. Technologien zur Kaltmassivumformung eines kup-ferlegiertem, metastabilem austenitischem, nichtrostendem Stahlgusswerkstoffes mit TRIP/TWIP-Eigenschaften. Dieser soll prozessstufenarm zu hochfesten Bauteilen umge-formt werden. Neben den experimentellen Untersuchungen zu verschiedenen Umform-verfahren der Kaltmassivumformung, stehen vor allem die simulativen Untersuchungen mittels Simulationssoftware im Fokus der vorliegenden Arbeit. Basierend auf Druckversu-chen erfolgt zunächst die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen den verschiedenen Umformparametern und die daraus resultierenden Gefügeumwandlungen. Als Bewer-tungskenngröße dient der entstehende Martensitanteil im Versuchswerkstoff. Alle experimentellen Untersuchungen erfolgen exemplarisch an dem neuartig entwickelten Stahlguss X3CrNiCuN17-6-4 der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Das Ziel der Experimente ist die Verifizierung der entwickelten Simulationsmodelle der im Mittelpunkt stehenden Verfahren der Kaltmassivumformung, mit denen gezielt ein marten-sitisches Gefüge im Demonstratorbauteil erzeugt werden soll.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Kaltmassivumformung, metastabiler Austenit, Stahlguss, Martensit, Fließpressen, Querkeilwalzen, Finite-Element-Methode, Fließkurven, Phasenumwandlung
- Klassifikation (DDC)
- 621.882
- Normschlagwörter (GND)
- Austenit, Stahlguss, Martensit, Fließpressen, Finite-Element-Methode, Phasenumwandlung
- GutachterIn
- Prof. Dr.-Ing. Martin Dix
- Prof. Dr.-Ing. Sebastian Härtel
- Prof. Dr.-Ing. habil. Verena Kräusel
- BetreuerIn Hochschule / Universität
- Prof. Dr.-Ing. Martin Dix
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1004654
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 27.11.2025
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY 4.0- Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis IV Tabellenverzeichnis XI Formelzeichen und Abkürzungen XIII 1 Einleitung 1 2 Stand der Wissenschaft und Technik 4 2.1 Metastabiler Austenitischer Stahlguss 5 2.1.1 Grundlagen der martensitischen Phasenumwandlung 6 2.1.2 Rissfortschritt im Schädigungsfall 13 2.1.3 Kaltumformung metastabiler austenitischer Stahlgusslegierungen 14 2.2 Kaltmassivumformung 18 2.2.1 Wirtschaftliche Bedeutung für Deutschland und die Europäische Union 18 2.2.2 Grundlagen ausgewählter Verfahren der Kaltmassivumformung 20 2.2.2.1 Querkeilwalzen (QKW) 20 2.2.2.2 Voll-Vorwärts-Fließpressen (VVFP) 24 2.3 FE-Simulation in der Kaltmassivumformung 33 2.4 Fazit zum Stand der Wissenschaft und Technik 40 3 Motivation, Zielsetzung und Vorgehensweise 43 3.1 Motivation 43 3.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 45 4 Untersuchungswerkstoff X3CrNiCuN17-6-4 48 4.1 Herstellung und chemische Zusammensetzung 48 4.2 Gusszustand 48 5 Technologieentwicklung zur Kaltmassivumformung von metastabilem austenitischem Stahlguss – Experimentelle Methoden 52 5.1 Prinzipielle Vorgehensweise – Versuchsplanung 52 5.2 Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften für X3CrNiCuN17-6-4 57 5.2.1 Thermophysikalische Kenngrößen 57 5.2.2 Zylinderstauchversuche — umformtechnische Eigenschaften 60 5.3 Methoden zur Gefüge- und Phasenanalyse 66 5.3.1 Lichtmikroskopie zur Korngrößenbestimmung 67 5.3.2 Bestimmung des martensitischen Phasenanteils 68 5.3.2.1 Material Selection and Analysis Tools (MSAT) 68 5.3.2.2 Rasterelektronenmikroskopie (REM) – EBSD 68 5.4 Charakterisierung der Festigkeitseigenschaften 69 5.5 Vorgehen zur Materialmodellierung für die FE-Simulation 70 5.6 Validierungsversuche – Methoden zur Prozessauslegung 72 5.6.1 Querkeilwalzen (QKW) 72 5.6.2 Voll-Vorwärts-Fließpressen (VVFP) 75 6 Kaltmassivumformung des X3CrNiCuN17-6-4 – Versuchsergebnisse 86 6.1 Ergebnisse der Charakterisierungsversuche 86 6.1.1 Ergebnisse der thermophysikalischen Untersuchungen 86 6.1.2 Untersuchungsergebnisse der Stauchversuche 88 6.1.3 Fazit der Charakterisierungsversuche 99 6.2 Ergebnisse der Validierungsversuche 100 6.2.1 FE-Simulation der Realbauteile 101 6.2.1.1 Querkeilwalzen 102 6.2.1.2 Voll-Vorwärts-Fließpressen 104 6.2.2 Realversuche 107 6.2.2.1 Querkeilwalzen 107 6.2.2.2 Voll-Vorwärts-Fließpressen 111 7 Materialmodell und Simulation für metastabile Stahlwerkstoffe 126 7.1 Materialmodell für metastabilen austenitischen Stahlguss mit TRIP/TWIP Eigenschaften 126 7.2 Numerische Simulation des VVFP mit entwickeltem Materialmodell 140 8 Diskussion der Ergebnisse 145 9 Herstellungskonzept eines Hochsicherheitsankers mittels Kaltmassivumformung 148 10 Zusammenfassung und Ausblick 156 Literaturverzeichnis 159 Anlagen 174