Simulation und experimentelle Validierung von Temperaturen, Härte und Eigenspannungen bei der induktiven Wärmebehandlung*
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F. Schweizer
Kurzfassung
Zum Härten großer Bauteile wird häufig das induktive Härteverfahren mit bewegtem Induktor angewandt. Zur Auslegung und Optimierung der induktiven Härteprozesse kann die numerische Simulation genutzt werden, um die Wärmewirkung des bewegten Induktors und die hiermit verbundenen Werkstoffänderungen am realen Bauteil gezielt einzustellen. Der Aufwand experimenteller iterativer Methoden kann hierdurch deutlich verringert werden. Anhand eines industriell eingesetzten Bauteils wird eine rechnerische Methodik vorgestellt, die es erlaubt, die Wärmewirkung eines bewegten Induktors für Austenitisierung, Härteentwicklung aufgrund von Gefügeumwandlungen sowie Entstehung der Eigenspannungen mit geringem Aufwand abzuschätzen. Die Qualität der Berechnungsergebnisse des induktiv gehärteten Bauteils wird anhand experimenteller Messungen von Temperatur, Härte und Eigenspannungen validiert.
Abstract
For the hardening of large components, inductive hardening techniques with a moving inductor are often applied. In the design and optimization of the inductive hardening processes numerical simulations can be used to adjust the heat input of the moving inductor and therefore the resulting material changes in real components. This can be useful in reducing the effort of experimental iterative methods. Using an industrial component as a demonstrator a numerical method is introduced, which allows to estimate the heat input of a moving inductor and by this the austenitization, the evaluation of hardness due to phase changes and the residual stresses with a low computational effort. The quality of the calculations of the inductive hardened component is validated by experimental measurements of temperature, hardness and residual stresses.
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