Forschung

Laufende Projekte: Ermüdungsverhalten nanostrukturierter Bainite (Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Sachbeihilfen. Projektnummer 411091845) Nanostrukturierte bainitische Stähle, die bereits in ersten technischen Anwendungen eingesetzt werden, sind wegen ihrer relativ einfachen chemischen Zusammensetzung und der konventionellen bainitischen Wärmebehandlung auch vielversprechende Stähle für einen Einsatz in hochbeanspruchten Bauteilen aufgrund ihrer hervorragendenmechanischen Eigenschaften, die sich in einer bisher unerreichten Kombination von Festigkeit und Zähigkeit (2.2 GPa, 30 MPa·m1/2) ausdrückt. Vor der kommerziellen Anwendung dieser Legierung in hochbeanspruchten Komponenten ist die Untersuchung und das Verständnis der Ermüdungseigenschaften erforderlich. Bisher ist die Wirkung der Mikrostruktur von nanostrukturiertem Bainit auf die Ermüdungseigenschaften nicht umfassend verstanden. So findet man trotz einer sehr hohen Festigkeit und sehr großer Duktilität keine herausragenden Ermüdungseigenschaften. Auch berücksichtigt eineVorhersage der Lebensdauer auf der Basis von Wöhlerkurven keine Unterschiede zwischen Rissinitiierung und Rissausbreitung, was zu einer gefährlichen Überschätzung der Lebensdauer führen kann. Ursache dafür ist, dass für kurze Risse die Risswachstumsrate wesentlich höher sein kann als für lange Risse. Bei der Rissinitiierung und Kurzrissausbreitung bestimmt die lokale Mikrostruktur die Ermüdungsreaktion. Bisher wurde für nanostrukturierte Bainite keine globale, die Ermüdungsfestigkeit bestimmende effektive Korngröße gefunden. Morphologische Gefügeparameter wie z. B. die Bainitblockgröße könnten die intrinsischen Ermüdungseigenschaften bestimmen, aber die Frage nach der Wirkung der einzelnenMikrostrukturelemente auf die Ermüdungslebensdauer bei verschiedenen Spannungsniveaus ist bisher ungeklärt. Auch die genaue Rolle des Restaustenits im nanostrukturierten Bainit ist unbekannt. Für ein besseres Verständnis müsste hier dieWechselwirkung zwischen den Gefügebestandteilen und der Rissablenkung bzw. dem Rissstopp geklärt werden, um die Ermüdungseigenschaften durch gezieltes Materialdesign zu verbessern. Das beantragte Projekt soll neue, mikrostrukturbasierteErkenntnisse über die zyklischen Eigenschaften der nanobainitischen Mikrostruktur liefern, d.h. es soll die Auswirkungen der Korngrenzen, der mechanisch induzierte Phasenumwandlung und der Defektentwicklung bei der Rissinitiierung und bei der Rissausbreitung klären. Die zyklischen Verformungs- und Schädigungsmechanismensollen für die verschiedenen Phasen der Ermüdung mit der Mikrostruktur korreliert werden. Zu diesem Zweck werden sowohl fortschrittliche experimentelle Techniken der Mikroskopie und der Elektronenbeugung angewendet als auch neue theoretische Ansätzeentwickelt. So soll die Auswirkungen der sich entwickelnden Mikrostruktur auf die Ermüdungslebensdauer verstanden. Al Ergebnis wird ein verbessertes Ermüdungsdesign zur Erhöhung der Sicherheit bei der Bauteilauslegung möglich sein.

Projektleitung:

• Seit 2018: German National Project „Ermüdungsverhalten nanostrukturierter Bainite“, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Ref. MO 3311/2-1.  
• 2017-2018: "Charakterisierung und mechanische Eigenschaften von Vortex-Verbundwerkstoffen mit UFG-Gefüge", gefördert durch den TU-Nachwuchsring der Technischen Universität Kaiserslautern.

   

Angaben zur Person

• 03/2011 - 11/2015: Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich für Physikalische Metallurgie am CENIM-CSIC in Madrid (Spanien)
• Seit 12/2015: Wissenschaftliche Mitarbeiterin (Post-Doc) bei der Arbeitsgruppe Werkstoffprüfung

Veröffentlichungen

• L. Morales-Rivas, G. Sundaram:
  Parent austenite reconstruction tolerant to 180° ambiguity: Application to a very-high-cycle fatigue tested bearing-steel.
  Mater. Charact., 178 (2021) 111253.

• A. Eres-Castellanos, J. Hidalgo, L. Morales-Rivas, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo:
  The role of plastic strains on variant selection in ausformed bainitic microstructures studied by finite elements and crystal plasticity simulations.
  Journal of Materials Research and Technology, 13 (2021) 1416-1430.

• S. Kieren-Ehses, L. Böhme, L. Morales-Rivas, J. Lösch, B. Kirsch, E. Kerscher, M. Kopnarski, J.C. Aurich:
  The influence of the crystallographic orientation when micro machining commercially pure titanium: A size effect.
  Precis. Eng., 72 (2021) 158-171.

• A. Eres-Castellanos, L. Morales-Rivas, J.A. Jimenez, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo:
  Effect of Ausforming on the Macro- and Micro-texture of Bainitic Microstructures.
  Metall. Mater. Trans. A, 52 (2021) 9: 4033-4052.

• Lucia Morales-Rivas, Farangis Ram, Daniel Spriestersbach, Jan Sippel, Marc De Graef, Eberhard Kerscher:
  Fine granular area linked to very high cycle fatigue in martensitic and bainitic steels: characterization by means of EBSD-dictionary indexing.
  Scripta Materialia 194 (2021), 113644.

• A Eres-Castellanos, L Morales-Rivas, FG Caballero, C Garcia-Mateo:
  Explaining the dilatometric behavior during bainite transformation under the effect of variant selection.
  Journal of Alloys and Compounds, (2020),158130.

• L Morales-Rivas, L Böhme, E Kerscher:
  Orientation mapping of cp-Ti by reflected polarized light microscopy.
  MATEC Web of Conferences 321 (2020), 11096.

• L Morales-Rivas:
  Graphically Assisted Dynamical Subsetting of Crystal Orientation Maps Using MTEX–MATLAB.
  Metallography, Microstructure, and Analysis 4 (2019), 558-565.

• FG Caballero, R Rementeria, L Morales-Rivas, M Benito-Alfonso, J R Yang, D Castro, J D Poplawsky, T Sourmail, C Garcia-Mateo:
  Understanding mechanical properties of nano-grained bainitic steels from multiscale structural analysis.
  Metals 9 (2019), 426.

• A. Eres-Castellanos, L. Morales-Rivas, A. Latz, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo
  Effect of ausforming on the anisotropy of low temperature bainitic transformation.
  Mater. Charact., (2018) 145: 371-380.

• L. Morales-Rivas, F. Archie, S. Zaefferer, M. Benito-Alfonso, S.-P. Tsai, J.-R. Yang, D. Raabe, C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero
  Crystallographic examination of the interaction between texture evolution, mechanically induced martensitic transformation and twinning in nanostructured bainite.
  J. Alloys Compd., (2018) 752: 505-519.

• L. Böhme, L. Morales-Rivas, S. Diederichs, E. Kerscher:
  Crystal c-axis mapping of hcp metals by conventional reflected Polarized Light Microscopy: Application to untextured and textured cp-Titanium.
  Materials Characterization 145 (2018) 573-581.(https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.09.024)

• L. Morales-Rivas, S. Diederichs, L. Böhme, E. Gordo, A. Hebestreit, E. Kerscher:
  Method for the detection of grain boundaries in alpha Ti-based alloys by means of polarized light microscopy and image processing in MATLAB.
  Practical Metallography, 55 (2018) 10, 678-692.

• Sourmail, C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero, L. Morales-Rivas, R. Rementeria, M. Kuntz:
  Tensile ductility of nanostructured bainitic steels: influence of retained austenite stability
  Metals (2017) 7 (1). doi:10.3390/met7010031.

• R. Rementeria, F.G. Caballero, L. Morales-Rivas, C. Garcia-Mateo:
  Developing nanostructured metal at the atomic and nano scales
  Advanced Materials and Processes (2017) 21. mio.asminternational.org/amp/201701/.

• F.G. Caballero, J.D. Poplawsky, H.W. Yen, R. Rementeria, L. Morales-Rivas, J.R. Yang, C. García-Mateo:
  Complex Nano-Scale Structures for Unprecedented Properties in Steels
  Mater. Sci. Forum (2017) 879: 2401-2406.

• L. Morales-Rivas, C. Garcia-Mateo, T. Sourmail, M. Kuntz, R. Rementeria, F.G. Caballero:
  Ductility of Nanostructured Bainite
  Metals (2016) 6: 302. doi: 10.3390/met6120302.

• C. Garcia-Mateo, J.A. Jimenez, B. Lopez-Ezquerra; R. Rementeria; L. Morales-Rivas, M. Kuntz, F.G. Caballero:
  Analyzing the scale of the bainitic ferrite plates XRD, SEM and TEM
  Materials Characterization (2016) 122: 83-89.

• C. Garcia-Mateo, L. Morales-Rivas, F.G. Caballero, D. Milbourn, T. Sourmail:
  Vanadium Effect on a Medium Carbon Forging Steel
  Metals (2016) 6 (130) doi:10.3390/met6060130.

• L. Morales-Rivas, C. Garcia-Mateo, Matthias Kuntz, Thomas Sourmail, F.G. Caballero:
  Induced martensitic transformation during tensile test in nanostructured bainitic steels
  Mater. Sci. Eng. A (2016) 662: 169:177.

• L. Morales-Rivas, H.-W. Yen, B.-M. Huang, M. Kuntz, F.G. Caballero, J.-R. Yang, C. Garcia-Mateo:
  Tensile response of two nano-scale bainite composite-like structures
  JOM (2015) 67 (10): 2223-2235.

• L. Morales-Rivas, A. González-Orive, C. Garcia-Mateo, A. Hernández-Creus, F.G. Caballero, L. Vázquez:
  Nanomechanical characterization of nanostructured bainitic steel: Peak Force Microscopy and Nanoindentation with AFM
  Scientific Reports (2015) 5: 17164. DOI: 10.1038/srep17164.

• C. Garcia-Mateo, J.A. Jimenez, H.W. Yen, M.K. Miller, L. Morales-Rivas, M. Kuntz, S.P. Ringer, J.R. Yang, F.G. Caballero:
  Low temperature bainitic ferrite: Evidence of carbon super-saturation and tetragonality
  Acta Mater. (2015) 91:162-173.

• R. Rementeria, L. Morales-Rivas, M. Kuntz, C. Garcia-Mateo, E. Kerscher, T. Sourmail, Francisca G. Caballero:
  On the role of microstructure in governing the fatigue behaviour of nanostructured bainitic steels
  Mater. Sci. Eng. A (2015) 630:71-77.

• L. Morales-Rivas, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo:
  Chapter “Retained Austenite: Stability in a Nanostructured Bainitic Steel.”
  Encyclopedia of Iron, Steel and Their Alloys (2016) 1st. Ed. ISBN 9781466511040 - CAT# K14814

• L. Morales-Rivas, H. Roelofs, St. Hasler, C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero:
  Detailed characterization of complex banding in air-cooled bainitic steels
  J. Min. Metall. Sect. B-Metall (2015) 51 (1) B.

• R. Rementeria, I. García, L. Morales-Rivas, M. Kuntz, C. Garcia-Mateo, E. Kerscher, T. Sourmail, F.G. Caballero:
  On the relationship of microstructure and in-use properties of nanostructured bainitic steels
  ISSIJ, ISBN 978-4-930980-86-1 C3057.

• L. Morales-Rivas, V.A. Yardley, C. Capdevila, C. Garcia-Mateo, H. Roelofs, F.G. Caballero:
  A procedure for indirect and automatic measurement of prior austenite grain size in bainite/martensite microstructures
  J. Mater. Sci. (2015) 50: 258–267.

• C.-M. Lin, A.S. Chandra, L. Morales-Rivas, S.-Y. Huang, H.-C. Wu, Y.-E. Wu, H.-L. Tsai:
  Repair welding of ductile cast iron by laser cladding process: microstructure and mechanical properties
  Int. J. Cast. Metal. Res.(2014) 27(6):378-383.

• L. Morales-Rivas, H. Roelofs, St. Hasler, C. Garcia-Mateo, F. G. Caballero:
  Complex microstructural banding of continuously cooled carbide-free bainitic steels
  Mater. Sci. Forum (2014) 783-786: 980.

• S.S. Babu, S. Vogel, C. Garcia-Mateo, B. Clausen, L. Morales-Rivas, F.G. Caballero:
  Microstructure evolution during tensile deformation of a nanostructured bainitic steel
  Scr. Mater. (2013) 69: 777-780.

• B. Avishan, C. Garcia-Mateo, L. Morales-Rivas, S. Yazdani, F.G. Caballero:
  Strengthening and mechanical stability mechanisms in nanostructured bainite
  J. Mater. Sci. (2013) 48: 6121–6132.

• L. Morales-Rivas, C. García-Mateo, F.G. Caballero, J. Cornide:
  Efecto TRIP y ductilidad en aceros bainíticos nanoestructurados
  (2012) ISBN: 978-84-695-3316-1.

Vorträge

• A. Eres-Castellanos, L. Morales-Rivas, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo.
  Effect of ausforming temperature on nanobainitic microstructure in medium carbon steels.
  XVI Congreso Nacional de Materiales, 2018, Salamanca (Spain).
• E. Gordo, L. Morales-Rivas, L. Böhme, E. Kerscher, S.A. Tsipas, L. Bolzoni (V):
  Fatigue and oxidation behavior of low-cost PM Ti-Fe alloys
  PMTi, 4th International Conference on Titanium Powder Metallurgy & Additive Manufacturing, 2017, Xi’an (P.R. China).
• F. Ram (V), L. Morales-Rivas, S. Singh, B. Winiarski, T. Burnett, A. Gholinia, M. De Graef:
  Improved spatial and angular resolution of the Electron Backscatter Diffraction technique for measuring highly deformed and fine-grained materials
  MS&T, Materials Science & Technology, 2017, Pittsburgh, PA, (USA).
• L. Morales-Rivas (V), I. Mueller, R. Rementeria, M. Kuntz, T. Sourmail, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo, E. Kerscher:
  Fatigue governed by microstructure in nanostructured bainite
  EUROMAT, European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, 2017, Thessaloniki (Greece).
• M. Benito-Alfonso, S.-P. Tsai, J.-R. Yang, R. Rementeria, L. Morales-Rivas, C. García-Mateo, F. G. Caballero (V):
  Enhancing strain hardening in ultra-fine and nanostructured ultra-high strength bainitic steels
  EUROMAT, European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, 2017, Thessaloniki (Greece).
• L. Morales-Rivas, S. Diederichs, L. Böhme, E. Gordo, A. Hebestreit (V), E. Kerscher:
  Methode zur Erkennung von Korngrenzen in alpha-Ti-Basislegierungen mittels polarisierter Lichtmikroskopie und Bildverarbeitung mit MATLAB
  51. Metallographie-Tagung, Materialographie, 2017, Aalen (Germany).
• L. Böhme (V), L. Morales-Rivas, C. Godard, E. Kerscher:
  Deformation and fracture of specimens with structured surfaces
  International Conference on Microscale Morphology of Component Surfaces, MICOS, 2016, Kaiserslautern (Germany).
• I. Müller (V), L. Morales-Rivas, M. Kuntz, R. Rementeria, F.G. Caballero, E. Kerscher:
  Nanobainitischer Stahl: Korrelation zwischen Mikrostruktur und Ermüdungseigenschaften
  “Gemeinschaftsarbeitskreis Materialermüdung und Verformung und Bruch”, Deutsche Gesellschaft für Materialkunde (DGM) und Deutscher Verband für Materialforschung und –prüfung (DVM), 2016, Kaiserslautern (Germany).
• F.G. Caballero (V), J.D. Poplawsky, H.W. Yen, R. Rementeria, L. Morales-Rivas, J.R. Yang and C. Garcia-Mateo:
  Complex Nano-Scale Structures for Unprecedented Properties in Steels
  THERMEC, International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials. Processing, fabrication, properties, applications, 2016, Graz (Austria).
• L. Morales-Rivas (V), R. Rementeria, F.G. Caballero, C. Garcia-Mateo:
  Microestructura y respuesta mecánica de aceros bainíticos nanoestructurados
  XIV Congreso Nacional de Materiales, 2016, Gijón (Spain).
• M. Benito-Alfonso (V), R. Rementería, L. Morales-Rivas, C. García-Mateo, F. G. Caballero:
  Estudio de los mecanismos de deformación (efecto TRIP y efecto TWIP) de aceros bainíticos nanoestructurados con un alto contenido en austenita
  XIV Congreso Nacional de Materiales, 2016, Gijón (Spain).
• L. Morales-Rivas, A. González-Orive, C. Garcia-Mateo, A. Hernández-Creus, F.G. Caballero1, L. Vázquez (V):
  Nanoindentation with AFM and Peak Force Microscopy analyses for local elastoplastic characterization of nanostructured bainitic steel
  Advances in Materials&Processing Technologies Conference, 2015, Madrid (Spain).
• R. Rementeria (V), L. Morales-Rivas, I. Garcia, C. Garcia-Mateo, M. Kuntz, E. Kerscher, R. Janisch, F.G. Caballero:
  On the relationship of microstructure and in use properties of nanostructured bainitic steels
  ISSS, 4th International Symposium in Steel Science, 2014, Kyoto (Japan).
• L. Morales-Rivas (V), B.M. Huang, H.W. Yen, C. Garcia-Mateo, J.R. Yang, M. Kuntz, F.G. Caballero:
  Ductility and TRIP Effect in Nanostructured Bainite
  ICOMAT, International Conference on Martensitic Transformations, 2014, Bilbao (Spain).
• R. Rementeria (V), L. Morales-Rivas, M. Kuntz, E. Kerscher, C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero:
  Fatigue resistance in Nanobainitic steels
  ICOMAT, International Conference on Martensitic Transformations, 2014, Bilbao (Spain).
• C. Garcia-Mateo (V), M.K. Miller, H.W. Yen, J.A. Jimenez, J.R. Yang, L. Morales-Rivas, F.G. Caballero:
  Experimental evidence on tetragonality of low temperature bainitic ferrite
  ICOMAT, International Conference on Martensitic Transformations, 2014, Bilbao (Spain).
• L. Morales-Rivas (V), C. Garcia-Mateo, J.R. Yang, M. Kuntz, F.G. Caballero:
  Efecto TRIP y ductilidad en aceros bainíticos nanoestructurados
  XIII Congreso Nacional de Materiales, 2014, Barcelona (Spain).
• R. Rementeria (V), L. Morales-Rivas, M. Kuntz, E. Kerscher, C. Garcia-Mateo, F.G. Caballero:
  Comportamiento a fatiga de aceros bainíticos nanoestructurados
  Congreso Nacional de Materiales, 2014, Barcelona (Spain).
• B. López Ezquerra (V), L. Morales-Rivas, C. García-Mateo, F.G. Caballero:
  Influencia de la transformación martensitica en la cinética de formación de bainita nanoestructurada
  Congreso Nacional de Materiales, 2014, Barcelona (Spain).
• F.G. Caballero (V), M.K. Miller, H.W. Yen, J.A. Jimenez, C. Garcia-Mateo, L. Morales-Rivas, J.R. Yang:
  Carbon Super-saturation and Tetragonal Bainitic Ferrite in Nanocrystalline Bainitic Steels
  TMS, Annual Meeting and Exhibition, Symposium: Phase Transformation and Microstructural Evolution, 2014, San Diego (California, USA).
• L. Morales-Rivas, H. Roelofs (V), St. Hasler, C. Garcia-Mateo and F. G. Caballero:
  Complex microstructural banding of continuously cooled carbide-free bainitic steels
  THERMEC, International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials, 2013, Las Vegas (USA).
• B. Avishan, L. Morales-Rivas, C. Garcia-Mateo (V), S. Yazdani, F.G. Caballero:
  Describing TRIP effect for two nanostructured bainitic steels
  EUROMAT, European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, 2013, Sevilla (Spain).
• L. Morales-Rivas (V), C. García-Mateo, F.G. Caballero, J. Cornide:
  Efecto TRIP y ductilidad en aceros bainíticos nanoestructurados
  XII Congreso Nacional de Materiales / XII Congreso Iberoamericano de Materiales, 2012, Alicante (Spain).

Poster

• L. Böhme, L. Morales-Rivas, E. Kerscher:
  Mechanische Eigenschaften mikrostrukturierter Ti-Miniaturproben unter zyklischer Belastung
  12. Tagung Gefüge und Bruch, Bochum, 13.-15. Februar 2019

Betreute studentische Arbeiten

• Steffen Sarter: Automatic crystallographic parent reconstruction of martensite/bainite with MATLAB/MTEX (2018)
• S. Diederichs: Crystallographic orientation characterization of Titanium by polarized light microscopy (2017)
• A. Weimann: Bestimmung der Foliennormale im Transmissionselektronenmikroskop und Anwendung auf die veröffentlichte Kristallographie der TWIP-Stähle (2017)
• M. Berger: Verständnis der Beeinflussung durch die Kristallorientierung von hcp-Kristallen auf den Kontrast im Polarisationsmikroskop (2016)
• R. Rementeria: In-use properties of nanostructured bainitic steels (CENIM-CSIC, Madrid, 2014)