Mechanismen basierte Modellierung der Anlassphänomene
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Motivation
Existierende thermo-mechanische-metallurgische Modelle betrachten die grundlegenden Effekte wie Wärmeübertragung, Phasenumwandlungen, Plastizität usw. beim Vergüten von Stählen und ermöglichen Eigenspannungen und Verzug - insbesondere beim Härten - qualitativ gut zu beschreiben. Quantitativ reicht die Vorhersagegenauigkeit aber noch nicht aus, um auf Prototypen und Testzyklen verzichten zu können. Da die Gebrauchseigenschaften u.a. Eigenspannungen und Werkstoffkennwerte eines wärmebehandelten Bauteils wesentlich durch die Prozessparameter beim Anlassen, d.h. Anlasstemperatur und Anlasszeit beeinflusst werden, müssen grundlegende Mechanismen, wie z. B. die Bildung von Sekundärkarbiden und die Restaustenitumwandlung, berücksichtigt werden, um die Vorhersagegenauigkeit der Simulationsansätze weiter zu verbessern. Bisher wurde der Eigenschaftsentwicklung während des Anlassens nur wenig durch geeignete Materialmodelle Rechnung getragen. Gerade dieser Aspekt ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um die Wechselwirkung von Gefüge- und Eigenschaftsänderungen modellmäßig zu erfassen. Darüber hinaus kann bisher nicht auf aufwendige Versuche zur Bestimmung der mechanischen Werkstoffeigenschaften als Eingabeparameter für die Simulation verzichtet werden, um die Eigenschaftsänderungen während der Wärmebehandlung zu berücksichtigen. Eine geeignete Modellierung der mechanischen Eigenschaften durch physikalisch motivierte Ansätze reduziert die Abhängigkeit des Simulationsmodells von den experimentellen Untersuchungen. Die quantitative Beschreibung der Eigenspannungen und des Verzugs nach der Wärmebehandlung ermöglicht es, die Nachbearbeitung zu verringern und die Lebensdauer des Bauteils vorherzusagen.
Zielsetzung
- Quantitative Beschreibung der Gefüge-Änderungen, Eigenspannungen und des Verzuges bei der Wärmebehandlung vom Werkzeugstahl 1.2344 mit Hilfe der FE‑Modellierung und Simulation
Projektinhalte
- Quantifizierung der Gefüge-Änderung, Phasenumwandlungen und Ausscheidungen, beim Abschrecken und beim Anlassen durch Dilatometrie und Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
- Gefüge-Untersuchung und Charakterisierung der Karbide mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, REM bzw. TEM
- Untersuchung des mechanischen Verhaltens, elaso-plastische und visco-plastische Effekte, beim Anlassen
- Modellierung der thermomechanischen und metallurgischen Beanspruchungen während der Wärmebehandlung
Publikationen
- Eser, A.; Bezold, A.; Broeckmann, C.; Schruff, I.; Greeb, T. (2014): Tempering-Simulation of a thick-walled Workpiece made of X40CrMoV5-1 Steel. In: HTM 69 (3), S. 127–137. DOI: 10.3139/105.110225.
- Eser, A.; Broeckmann, C.; Simsir, C.: Multiscale modeling of tempering of AISI H13 hot-work-tool steel – Part 1: Prediction of microstruture evolution and coupling with mechanical properties; Computational Material Science; 113(2015) S. 280-291
- Eser, A.; Broeckmann, C.; Simsir, C.: Multiscale modeling of tempering of AISI H13 hot-work-tool steel – Part 2: Coupling predicted mechanical properties with FEM simulations; Computational Material Science; 113(2016) S. 292-300