Interface Engineering Christina Scheu
Sonderforschungsbereich
SFB 761 Stahl – ab initio
Quantenmechanisch geführtes Design neuer Eisenbasis-Werkstoffe
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Ziele
Hoch Mn Stähle (HMnS): Heterophasengrenzflächen Austenit – κ-Phase
Mittel Mn Stähle (MMnS): Heterophasengrenzflächen Austenit/Martensit/Ferrit
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Con
centratio
n [at.%
]
D is tance [nm]
AlC
Ni
Mn
20 nm
Mn Ni Al C
2 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
M. Beigmohamadi, GFE, RWTH Aachen (2014) D. Raabe et al. Acta Mater. 61 (2013)
Bestimmung des Einflusses der Grenzflächen auf Eigenschaften der Einzelphasen und des Mehrphasengefüges
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Mehrphasengefüge MMnS: Martensit/Austenit
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
α‘-Martensit/γ-Austenit Gefüge
C10
3 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
B1 C1
M-M. Wang, C. C. Tasan, D. Ponge, A. Kostka, D. Raabe, Acta Mater 79, 268-281 (2014)
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Grenzflächenphänomene
Heterophasengrenzflächen Martensit/Austenit in MMnS
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Conce
ntratio
n [at.%]
D is tance [nm]
AlC
Ni
Mn
20 nm
Mn in Austenit
Mn in Martensit
Mn Ni Al C Iso-Konz. 10 at.%Ni 18 at.%Mn
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
C3 C8
4 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
A1 A2
D. Raabe et al. Acta Mater. 61 (2013)
• Einfluss Mn Gehalt bzw. weiterer Legierungselemente (Al, C)?
• Segregation, Verarmungszonen?
• Einfluss Wärmebehandlung?
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Heterophasengrenzflächen γ-Austenit – α-Ferrit in MMnS
Transformationskinetik an Grenzflächen
Austenit
Ferrit
Grenzfläche [110]fcc// [001]bcc
[110]bcc [111]fcc
Wie wirken sich Kohärenzspannungen auf Phasenumwandlungen aus?
d220= 0.130 nm
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
5 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
A2 C3
d002= 0.143 nm
Nishiyama-Wassermann Orientierungsbeziehung
Spannung
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Transformationskinetik Ferrit/Austenit
Austenit
Grenzfläche
[110]fcc// [001]bcc
[110]bcc [111]fcc
Ferrit
Umwandlung Ferrit → Zwischenphase → Austenit
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
A2
6 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
C3
Reaktionskoordinate
Ene
rgie
(meV
/Ato
m)
Effekt der Verspannung • Reduktion der Energiebarriere
• Stabilitätssteigerung der Zwischenphase
X. Zhang, T. Hickel, J. Rogal, S. Fähler, R. Drautz, and J. Neugebauer, Phys. Rev. Lett., submittted (2014)
NEB: Nudged Elastic Band Method SSNEB: Solid-State Nudged Elastic Band Method
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
Mikro-/Mesoskala: Mikromechanik an Grenzflächen
Transfer Absorption und Emission
Reflektion
Mikromechanik • Orientierungsbeziehung? • Versetzungsinteraktion? • Spannungsverteilung?
FCC BCC
Absorption
7 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
A7 A10
S. Sandlöbes, MPIE Düsseldorf (2014)
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
D. Raabe et al. Acta Mater. 61 (2013)
8 von 13
Ziele
Hoch Mn Stähle (HMnS): Heterophasengrenzflächen Austenit – κ-Phase
Mittel Mn Stähle (MMnS): Heterophasengrenzflächen Austenit/Martensit/Ferrit
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Con
centratio
n [at.%
]
D is tance [nm]
AlC
Ni
Mn
20 nm
Mn Ni Al C
Interface Engineering Christina Scheu
M. Beigmohamadi, GFE, RWTH Aachen (2014)
Bestimmung des Einflusses der Grenzflächen auf Eigenschaften der Einzelphasen und des Mehrphasengefüges
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Grenzflächenphänomene in HMnS κ-Phase in Austenit
• Wie wirken sich die Spannungen bedingt durch die Gitterfehlpassung aus?
• Besitzt κ-Phase in Austenit-Matrix ferromagnetische Eigenschaften?
• Wie sieht die Struktur der Grenzfläche aus?
• Wechselwirkung mit Versetzungen?
• Grenzflächenstabilität unter mechanischer Last?
9 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
C10 B4 A10 C8
Daten C1
κ κ
κ
κ
κ
κκ
T κ T T
T T T
T T
T T T T T T T T T T T T T T
T T T T T
T T T T T MBIP Effekt
MBIP – Microband induced plasticity
A5
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Vorgehensweise auf atomarer Skala
• Analyse der chemischen Zusammensetzung im κ-Karbid und an Grenzfläche zur Matrix
• Analyse der strukturellen Anordnung und chemischen Bindung an der Grenzfläche
• Vergleich mit ab initio Berechnungen
10 von 13
Grenzflächenphänomene in HMnS κ-Karbide in Austenit
• Einfluss Mn Gehalt bzw. weiterer Legierungselemente (Al, C)?
• Einfluss Wärmebehandlung?
• Vergleich Karbide im Korn und an Korngrenze?
• Kohärenzgrad?
Interface Engineering Christina Scheu
Daten C1, C8
C10 B4 A10 C8 A5
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
Kohärenzzustand
Kohärent? semi-kohärent? Inkohärent?
γ semikohärent = γch + γst Energie: 200 -500 mJ/m²
γ kohärent = γch
Energie: 1 - 200 mJ/m²
γ inkohärent Energie: 500 -1000 mJ / m²
Segregationsverhalten? Stabilität der Grenzfläche? Plastizität? Bruchverhalten?
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
11 von 13 Interface Engineering Christina Scheu
Bilder aus: D.A. Porter und K.E. Easterling (1992)
Titel der Präsentation Name der/des Vortragenden
12 von 13
Skalenübergreifend: Theorie von ab initio zu Kontinuumsmodellierung, Experiment von atomarer Auflösung bis µm - mm Skala
Ab initio Berechnungen Mikromechanik
Kontinuumsphasenfeld- Modellierung
Kristallplastizitäts-Modellierung
Vorhersage der Eigenschaften mehrphasiger Gefüge
Interface Engineering Prof. Christina Scheu
Charakterisierung
Von Mises Strain
Interface Engineering
Pyuck-Pa Choi, Richard Dronskowski, Bengt Hallstedt, Michael Herbig, Tillmann Hickel, Joachim Mayer, Jaber Mianroodi, Maryam Beig Mohamadi, Denis Music, Jörg Neugebauer, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Franz Roters, Stefanie Sandlöbes, Christina Scheu, Dieter Senk, Robert Spatscheck, Bob Svendsen
Sonderforschungsbereich
SFB 761 Stahl – ab initio
Quantenmechanisch geführtes Design neuer Eisenbasis-Werkstoffe
Vielen Dank, wir stehen für Ihre Fragen zur Verfügung
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