Simulation of the γ-α-transformation using the phase-field method

Abstract

Phase transformation is a powerful tool to change the properties of steels. Of the known transformations especially the γ–α-transformation is utilised. It occurs in a temperature range relevant for heat treating and hot deformation processes. In this paper an approach is presented in which the γ–α-transformation is simulated with Micress. This software applies the multicomponent multiphase-field model, which is based on the reduction of total free enthalpy. Two different steels have been selected for the simulations, an ULC and an IF steel. Dilatometric tests serve as a basis for the simulations. These tests have shown that the transformation behaviours of the two steel grades are governed by two different kinetics. The transformation kinetics of the IF grade is influenced by the microalloying concept applied, resulting in a very slow start of the transformation. This has also been incorporated in the simulations by choosing two different grain boundary mobilities, one main parameter of the simulation. The simulation results of the ULC grade show the huge influence of nucleation undercooling as another one of the main parameters. Both simulation results are satisfying. They show that the phase-field method offers a strong simulation tool in the area of phase transformation. Simulation der γ–α-Umwandlung unter Einsatz der Phasenfeldmethode. Phasenumwandlungen ermöglichen einen großen Einfluß auf die Eigenschaften von Stählen. Von den bekannten Umwandlungen wird vor allem die γ–α-Umwandlung eingesetzt. Sie tritt in dem für Wärmebehandlung und Warmumformvorgänge wesentlichen Temperaturbereich auf. In diesem Artikel wird ein Ansatz zur Simulation der g-a-Umwandlung gezeigt. Mit Micress, einer Software, die auf der Phasenfeldmethode basiert, wurden die Simulationen gerechnet. Grundlage der Phasenfeldmethode ist die Minimierung der freien Enthalpie. Zwei verschiedene Stahlsorten, ein ULC- und ein IF-Stahl, sind für diese Rechnungen gewählt worden. Als Grundlage für die Simulationen dienen dilatometrische Untersuchungen. Diese ergaben, daß die Umwandlungskinetik bei beiden Stählen verschieden ist. Die bei dem IF-Stahl beobachtete Kinetik zeigt in dem verzögerten Umwandlungsbeginn den Einfluß des Mikrolegierungskonzeptes. Dieser Einfluß wurde in die Simulation eingebaut, in dem zwei unterschiedliche Korngrenzenbeweglichkeiten, ein Parameter der Simulation, gesetzt wurden. Die Simulationsergebnisse des ULC-Stahles zeigen den großen Einfluß eines weiteren Parameters, der Unterkühlung zur Keimbildung. Die jeweiligen Ergebnisse sind vielversprechend. Sie zeigen, daß die Phasenfeldmethode eine gute Grundlage für die Simulation von Phasenumwandlungen bietet.