Simulation instationärer Temperatur-, Konzentrations-, Gefüge-, Spannungs- und Deformationsverteilungen bei der Härtung beliebig 3-dimensionaler Stahlbauteile

• Antragsteller: Professor Dr. Hermann Müller
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5307788

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In dieser Arbeit wurden Härte- und Einsätzhärtebehandlungen dreidimensionaler Stahlproben unterschiedlicher Größen und Geometrien mit Hilfe der Methode der Finiten Elementen hinsichtlich der Gefüge-, Spannungs- und Verzugsentwicklung untersucht. Da eine realitätsnahe FEM-Simulation insbesondere von einer realitätsnahen Vorgabe von Wärmeübergangszahlen zur Beschreibung des Wärmeübergangs abhängt, wurde ein Programm zu Ermittlung von orts- und temperaturabhängigen Wärmeübergangskoefiizienten entwickelt und während des Abschreckens Temperaturmessungen an verschiedenen Orten der Proben vorgenommen. Die experimentellen Befunde hinsichtlich Eigenspannungswerten und Verzügen wurden zur Verifikation der Berechnungen verwendet. Der Vergleich zwischen Simulation und Messung zeigt, dass mit Hilfe der Simulation der Einfluss der Probengröße und -form, der Abschreckmedien und der Wärmebehandlungsverfahren Härten und Einsatzhärten auf die Gefüge-, Verzugs-, und Spannungsausbildung qualitativ richtig vorhergesagt werden kann. Trotz fehlender Materialdaten der untersuchten Chargen stimmen die berechneten Ergebnisse quantitativ zum Teil sehr gut mit den experimentellen Befunden überein. Die in diesem Projekt durchgeführten Untersuchungen liefern damit ein grundlegendes Verständnis hinsichtlich der Temperatur-, Gefüge-, Spannungs- und Verzugsentwicklung dreidimensionaler Proben während der Wärmebehandlungsverfahren Härten und Einsatzhärten und zeigen auf, dass diese komplex gekoppelten Vorgänge zukünftig auch an komplizierten Bauteilgeometrien simuliert werden können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Experimentelle und numerische Untersuchungen zu Maß- und Formänderungen von Quader- und U-Profll-Proben beim Härten mit unterschiedlichen Abschreckmedien. In: Berichtsband zur ATTT-AWT-Tagung Härten und Abschrecken, Strasbourg, 2004
  Raouafi, N.; Schulze; V.; Müller; H.; Lohe; D.
  
• Maß- und Formänderungen von Stahlquadern mit unterschiedlichen Aussparungen beim Härten in Öl und Wasser - Experiment und Simulation HTM 60, (2005), 6, S. 304-310
  Raouafi, N.; Schulze; V.; Müller; H.; Lohe; D.