Simulation der Wärmebehandlung von Stahl
Wärmebehandlung ist einer der letzten entscheidenden Schritte bei der industriellen Herstellung von Stahlbauteilen, um die gewünschten Eigenschaften in der geforderten Qualität und Zuverlässigkeit eines Bauteils einzustellen. Daher steigt das Interesse an einer Simulation der Wärmebehandlung von Stahl, um Eigenspannungszustand, Verzug, Gefüge, Härteprofil und Werkstoff Eigenschaften der Stahlbauteile vorhersagen zu können. Die Simulationsergebnisse erlauben eine Minimierung der Endbearbeitung, eine Abschätzung der Bauteil-Lebensdauer und können allgemein zur Optimierung der Wärmebehandlungsvorgänge genutzt werden.
Am IWM konzentrieren sich die Aktivitäten zur Simulation der Wärmebehandlung von Stahl auf das Vergüten von Werkzeugstählen insbesondere auf Anlassvorgänge. Anlassen ist meistens der letzte Wärmebehandlungsschritt, der den Eigenspannungszustand und das Abmaß der Bauteile bestimmt. Um diesbezüglich Vorhersagen treffen zu können, ist eine realitätsnahe Simulation des Anlassens erforderlich.
- Gefüge von X220CrVMo13-4 nach Abschreckung (links)
- und Anlassen (rechts)
- ZTA Diagramm während des Anlassens für den Stahl 56NiCrMoV7
Im Rahmen dieser Arbeit wurde mittels dilatometrischen und kalorimetrischen Untersuchungen die Umwandlungs-Ausscheidungskinetik während des Anlassens untersucht. Die Anlassschritte für Stahl 56NiCrMoV7, wie in der Literatur beschrieben, konnten hierbei identifiziert und das ZTA-Diagramm erstellt werden.
Die experimentell ermittelte temperatur- und phasenabhängige Fließkurve sowie die Phasenumwandlungskinetik wurden als Eingabe-Parameter für die Simulation des Anlassens verwendet. In einer Rechenstudie wurde das Vergüten einer Verschleißschutzbandage durchgeführt. Diese besteht aus einer Verschleißschicht (X220CrVMo13-4), die durch Heißisostatisches Pressen (HIP) auf einen Grundkörper (56NiCrMoV7) aufgebracht wird. Dabei wird die Bandage zunächst bis auf Austenitisierungstemperatur aufgeheizt, danach mit einem Wasser-Luftgemisch abgeschreckt und schließlich im Ofen angelassen. Die berechneten inneren Spannungen und der Verzug während des Vergütens sind in den folgenden Bildern dargestellt.
- Verschleißschutzbandage, schematisch
- Hauptspannung im Element # 60780 sowie radialer Verzug während des Vergütens einer Verschleißschutzbandage
- 1. Hauptspannung nach Härten und nach Anlassen
| Atilim Eser, M.Sc.
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