Simulation of bainitic transformation with the phase field method

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Bainit ist ein Gefüge mit hervorragenden Eigenschaften, das durch gezieltes Abkühlen von Stahl entsteht. Es zeichnet sich durch hohe Zähigkeit und Härte aus, was es für verschiedene industrielle Anwendungen prädestiniert. Bainit tritt in zwei Morphologien auf: oberer und unterer Bainit, die sich in Größe und Ort der Karbidausscheidungen unterscheiden. Die Phasenumwandlung von Austenit zu bainitischem Ferrit erfolgt unabhängig von der Kohlenstoffdiffusion, während die anschließende Diffusion entscheidend für die Karbidausscheidung ist. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das die Umwandlung von Austenit zu oberem und unterem Bainit mithilfe der Phasenfeldmethode beschreibt. Es simuliert die Phasenumwandlung, die darauf folgenden Diffusionsprozesse, die Ausscheidung von Carbiden und das anisotrope Wachstum durch Eigendehnungen. Das Modell basiert auf einem thermodynamischen Rahmen, der hergeleitet wird und auf der Theorie der generalisierten Spannungen fußt. Diese Herangehensweise unterscheidet zwischen universellen physikalischen Gesetzen und spezifischen konstitutiven Gleichungen für den Transformationsprozess. Das mathematische Modell wird numerisch mit der Methode der finiten Elemente gelöst. Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial des Rahmenmodells und den beschriebenen Transformationsprozess des Bainits.