Weiterentwicklung von Legierungen mit Ansatz zur Multiskalenmodellierung
Legierungen aus zwei oder mehr Metallen sind oft fester, leichter und effizienter, was den Einsatz in der Industrie und bei einer großen Vielzahl von Produkten anbelangt. Einsatzgebiete finden sich in Autos und Flugzeugen ebenso wie in der Elektronik und in medizinischen Geräten. Die Herstellung von Legierungen hat oft mit dem Phänomen der Rekristallisation zu kämpfen, das die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen kann. Die schwer fassbaren Stadien der Umkristallisierung machen es jedoch schwierig, die genauen Mechanismen dieser Erscheinung darzustellen und diese anzugehen. Das EU-finanzierte Digimat-Projekt ("Multiscale modelling of recrystallization in metals based on a digital material framework") untersuchte nun Wege, um Abhilfe für die durch die Umkristallisation verursachten Probleme zu schaffen. Man schlug eine Multiskalenmodellierung unter Einsatz digitaler Medien vor, um zu einem vollständigen Verständnis der Rekristallisation zu gelangen. Die Digimat-Partner gingen davon aus, dass die digitale Darstellung in Elemente umgewandelt werden könnte, um eine plastische Verformung und die nachfolgende Umkristallisierung zu simulieren. Zu diesem Zweck entwickelten sie eine virtuelle Software zum Aufbau, zur Visualisierung und zur Analyse von 3D-Mikrostrukturen sowie zu Mechanismen, wie diese ineinandergreifen. Digimat erstellte elastisch-viskoplastische Kristallplastizitätsmodelle der Verformung und überprüfte das Modell. Die Teammitglieder untersuchten mit Hilfe der neuen Modellierungssoftware außerdem die Eigenschaften von Versetzungsbewegungen, Korngrenzenwanderungen und Keimbildungsphänomenen. Um polykristalline 3D-Mikrostrukturen und die Rekristallisation während einer Wärmebehandlung zu untersuchen, wurden Beugungsexperimente durchgeführt. Das Projekt musste bei der Verwirklichung seiner Ziele viele Hindernisse überwinden. Es wurden allerdings etliche wertvolle Ergebnisse veröffentlicht und die Forschung war nicht umsonst: die Anstrengungen um verbesserte Legierungen werden zukünftig leichter von der Hand gehen.
