Predictive modeling of microstructure and toughness in aerospace components made from maraging steel 15-5 PH

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

In dieser Arbeit wird ein Model-Framework präsentiert das dazu dient die mikrostrukturelle Entwicklung des maraging Stahls 15-5 PH im Zuge eines mehrstufigen Schmiede- und Wärmebehandlungsprozess zu modellieren um schließlich die Streckgrenze, die Bruchzähigkeit und die Spröd-Duktil Übergangstemperatur vorherzusagen. Das Model-Framework wird ein nützliches Werkzeug für die Computer-gestützte Entwicklung von großen strukturellen Flugzeugbauteilen darstellen, da es lediglich das Ergebnis einer Finite Elemente Simulation und die Schmiede- und Wärmebehandlungsparameter als Eingangsgrößen benötigt. Es wird dazu fähig sein die Eigenschaften an verschiedenen Bauteilpositionen abzuschätzen um dadurch kritische Positionen zu identifizieren. Weiters, wird die Untersuchung der Einflüsse der einzelnen Herstellungsschritte und -parameter hilfreich, sein um den Prozess weiterzuentwickeln. Die modellierten mikrostrukturellen Bestandteile sind Niob Carbonitride (NbC), die Austenitkorngröße und die sich daraus einstellenden Größen der Substruktur der martensitischen Matrix, und der rückumgewandelte Austenit. Ein weiterer Mikrostruktureller Bestandteil, der jedoch lediglich intrinsisch mitbetrachtet wird, sind Kupfer Ausscheidungen. Um die mikrostrukturelle Entwicklung während des Schmiedens modellieren zu können, wurden Schmiedeversuche im Labormaßstab an einer Gleeble Anlage zur physikalischen Simulation und Schmiedeversuche im Industriemaßstab durchgeführt. Dabei werden das Kornwachstum und die Auflösung von NbC während dem Vorwärmen, die Kornfeinung durch Rekristallisation und umformungsinduzierte NbC Ausscheidung, sowie die Veränderung von NbC Häufungen betrachtet und modelliert. Die mikrostrukturelle Entwicklung während des Glühens und Auslagerns wird mittels Dilatometrie, Röntgenbeugung, Lichtmikroskopie, Elektronenrückstreubeugung und Atomsondentomographie untersucht. Weiters wird in-situ hochenergetische Röntgenbeugung während dem Zugversuch genutzt, um die mechanische Stabilität des rückumgewandelten Austenits zu beurteilen. Abschließend wird ein Satz Proben mit unterschiedlicher Mikrostruktur eingestellt und Zugversuche, Kerbschlagversuche und J-Integral Versuche durchgeführt, um den Einfluss der Mikrostruktur auf die Streckgrenze, Spröd-Duktil Übergangstemperatur und Bruchzähigkeit zu untersuchen. Anhand der Kalibration und R^2 Analyse der Sub-Modelle des Model Frameworks, zeigt sich eine hohe Genauigkeit.

Details

Titel in ÜbersetzungPrediktive Modellierung der Mikrostruktur und der Zähigkeit von Luftfahrtkomponenten aus Maraging Stahl 15-5 PH
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Schnitzer, Ronald, Mitbetreuer (intern)
  • Stockinger, Martin, Betreuer (intern)
  • Kozeschnik, Ernst, Beurteiler A (extern), Externe Person
  • Poletti, Maria Cecilia, Beurteiler B (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2024