Stahl-Innovationspreis
Gewinner 2018 – Festere Stähle durch Nahordnung
Forschung und Entwicklung

Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist eines der wesentlichen Ziele bei der Entwicklung neuer Stähle. Konventionelle Mechanismen der Festigkeitssteigerung, wie z.B. Mischkristallhärtung, Kaltverfestigung oder Ausscheidungshärtung erzielen die erhöhte Festigkeit zulasten der Duktilität. Das Institut für Eisenhüttenkunde der RWTH Aachen ist für das Konzept der nahordnungsinduzierten Festigkeitssteigerung, das diesen Gegensatz überwindet, mit dem Stahl-Innovationspreis 2018 in der Kategorie „Forschung und Entwicklung“ ausgezeichnet worden.

Aluminiumlegierte, hochmanganhaltige Stähle weisen eine ausgezeichnete Kombination aus Festigkeit, Formbarkeit und geringer Dichte auf. Entscheidenden Einfluss auf die hervorragende Kaltverfestigungskapazität bei gleichzeitig guter Duktilität haben nanoskalige κ-Karbide, die bei Massenanteilen von mehr als 8 Prozent Aluminium in der austenitischen Werkstoffmatrix ausgeschieden werden. Die genaue Wirkung dieser κ-Phase, deren Zusammensetzung sich bei Wärmebe-handlung mit zunehmender Glühdauer ändert, auf die Verformungsmechanismen der Werkstoffe ist jedoch bislang größtenteils ungeklärt. Es wird vermutet, dass so genannte Nahordnungsphänomene infolge regelmäßiger Gruppierung benachbarter Kohlenstoff- und Aluminiumatome eine wichtige Rolle spielen. Dem Institut für Eisenhüttenkunde ist es mithilfe quantenmechanischer Untersuchungen an Großforschungseinrichtungen erstmals gelungen, die Existenz einer solchen Nahordnung in diesen Stählen nachzuweisen. Des Weiteren konnten mit entsprechenden Berechnungen die atomare Struktur der Nahordnung und der theoretische Ordnungsmechanismus bestimmt werden. Zur gezielten Ausbildung einer Nahordnung wurden verschiedene Stähle nach Warmumformung und Lösungsglühung für 1 bis 15 min einem weiterem Glühvorgang bei 500 bis 700 °C unterzogen. Abhängig von Glühbedingungen und Legierung konnten Duktilität, Festigkeit oder beide simultan erhöht werden. Die nahordnungsinduzierte Festigkeitssteigerung stellt eine vollkommen neue Methodik dar, um die mechanischen Eigenschaften moderner Stahlwerkstoffe weiter zu verbessern, und eröffnet zusätzliche Potenziale für den Leichtbau mit Stahl.

Dr.-Ing. Wenwen Song, IEHK, RWTH Aachen Projekt: Nahordnungsinduzierte Festigkeitssteigerung (© Wirtschaftsvereinigung Stahl / Dirk Heckmann)

*Die Abbildungen dürfen nur im Zusammenhang mit einem Bericht über den Stahl-Innovationspreis und mit Angabe der Quelle genutzt werden. Im Falle der Berichterstattung bitten wir um einen Beleg.