Gefüge und Mikromechanik von Dualphasenstahl

Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellen Untersuchung
von Dualphasenstahl. Der Fokus liegt auf der Analyse seines Gefüges
und der mechanischen Eigenschaften. Mittels Rasterelektronenmikroskopie
wurden Aufnahmen erstellt und Rückstreuelektronenbeugung
eingesetzt, um die Gefüge- bzw. Orientierungsentwicklung
festzuhalten. Diese Messungen wurden während Heiz- und
Zugversuchen durchgeführt. Für die Heiz- und Abschreckexperimente
wurde eine Apparatur entwickelt. Lokale mechanische Eigenschaften
des Stahls wurden mit Hilfe des Mikrodruckversuchs
bestimmt. Versuche zur Wärmebehandlung zeigen, dass sich im
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verwendeten Stahl Martensit über die Nishiyama-Wassermann Beziehung
umwandelt, wohingegen die Ferrit-Austenit-Umwandlung
eher der Kurdjumov-Sachs Orientierungsbeziehung folgt. In Mikrodruckversuchen
wurde für Martensit eine Fließspannung von ca.
2 GPa gemessen, und für Säulen, die der Zweiphasenregion entstammen,
also sowohl Ferrit als auch Martensit enthalten, wurden
gemäß den Volumenanteilen unerwartet hohe Festigkeiten gefunden.
Demzufolge ist vermutlich der zum Martensit benachbarte
Ferrit, der durch das Abschrecken über eine hohe Versetzungsdichte
verfügt, für die gesteigerte Festigkeit verantwortlich. Auf der
Makroskala bildet ein Zugversuch schrittweise die Entwicklung des
Gefüges ab. Hierbei führt die Bewegung von Versetzungen behindert
durch Korn- und Phasengrenzen sowie Bereichen erhöhter
Versetzungsdichte zur Ausbildung von Scherbändern. Dabei werden
bestimmte Regionen vom Martensit abgeschirmt und dadurch
erst spät von der Verformung erfasst. Insgesamt wird anhand der
vorgestellten Experimente deutlich, wie komplex das Verformungsverhalten
von Dualphasenstählen ist und wie sehr es von
den einzelnen Gefügekomponenten sowie insbesondere von deren
Wechselwirkung abhängt.

This thesis is concerned with the experimental characterization of
a dual phase steel in terms of its microstructure and resulting mechanical
properties. The experimental research performed in this
thesis strongly relies on scanning electron microscopy (SEM). Besides
standard imaging, electron backscatter diffraction is used to
track orientation changes, which are induced by macroscopic tensile
tests or by heating experiments. The in situ heating experiments
are performed using a home built setup that is also capable
of quenching samples inside the SEM. Local mechanical investigations
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are performed by microcompression tests. The observed martensitic
transformation fulfils the known rules of the Nishiyama-Wassermann orientation relationship in good approximation while
the relation between ferrite and austenite is better described by the
Kurdjumov-Sachs relationship. In microcompression experiments,
a flow stress around 2 GPa was measured for the martensite phase.
Pillars machined into dual phase regions consisting of ferrite and
martensite can have very high strengths that cannot simply be explained
by a rule of mixture between ferrite and martensite. Therefore,
it is suggested that the elevated dislocation density arising
from the martensitic transformation is responsible for additional
strengthening. In macroscopic mechanical experiments, the evolution
of the microstructure has been observed. Dislocations interact
with grain or phase boundaries and regions of enhanced dislocation
density to form localized slip bands. Plasticity can also be delayed
in regions surrounded by martensite. Here higher deformation
only occurs at higher levels of global strain. From the results
presented in this thesis, it becomes apparent that the deformation
behaviour of dual phase steels is complex. It is determined by the
properties of the individual phases but also by the mechanical interaction
of the phases within the microstructure.