Unvermeidbare Maßänderungen durch thermische Spannungen *
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Dr. rer. nat.
Friedhelm Frerichs , geb. 1961, studierte Physik und Mathematik und wurde 2001 am Fachbereich Physik der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg promoviert. Seit Mai 2001 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und bearbeitet im SFB 570 das Teilprojekt A6.Dr.-Ing.
Thomas Lübben , geb. 1959, studierte Physik an der Universität Bremen. Seit 1986 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und arbeitet hier auf dem Gebiet der Abschrecktechnik. Seit 2001 ist er Geschäftsführer des SFB 570 und Teilprojektleiter im Projekt A6.Prof. Dr.-Ing.
Franz Hoffmann , geb. 1950, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe. Er ist seit 1975 in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und leitet dort die Abteilung Wärmebehandlung.Prof. Dr.-Ing.
Hans-Werner Zoch , geb. 1953, studierte Allg. Maschinenbau an der Technischen Hochschule Darmstadt und promovierte im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Von 1980 bis 2000 war er bei der FAG Kugelfischer Georg Schäfer AG, Schweinfurt tätig, von 2001 bis 2003 als Geschäftsführer der Neue Materialien Bayreuth GmbH. Seit 2004 ist er Professor für Werkstofftechnik/Metalle im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen, Geschäftsführender Direktor der Stiftung Institut für Werkstofftechnik und Sprecher des SFB 570 „Distortion Engineering“.Dr. rer. nat.
Michael Wolff , geb. 1952, studierte Mathematik an der Universität Donezk/Ukraine (frühere Sowjetunion) und promovierte am Fachbereich Mathematik der Humboldt-Universität zu Berlin. Von 1977 bis 1998 arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Humboldt-Universität, Berlin. Seit 1999 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Technomathematik der Universität Bremen und bearbeitet seit 2001 im SFB 570 das Teilprojekt C3.
Abstract
Unvermeidbarer Verzug, der in nicht umwandelnden Werkstoffen durch thermische Spannungen während der Abschreckung entsteht, hängt von relativ wenigen Parametern ab: Härtetemperatur, Umgebungstemperatur, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte, thermische Dehnung, E-Modul, Poisson-Zahl, Streckgrenze und Verfestigungsverhalten. Zusätzlich beeinflussen noch die Form und die Größe des Bauteils den Verzug.
Bisherige Untersuchungen an langen und dünnen Zylindern haben gezeigt, dass es ein typisches Maßänderungsverhalten beim Abschrecken von Zylindern im Gasdüsenfeld gibt, das abhängig von der Biot-Zahl ist. Es stellt sich nunmehr die Frage, wie die anderen Parameter auf den Verzug wirken und wie diese mit der Biot-Zahl zusammenwirken. Mittels einer Dimensionsanalyse konnten die oben genannten 14 Parameter auf neun dimensionslose Kennzahlen reduziert werden. Eine numerische Analyse dieser Kennzahlen hat gezeigt, dass sieben dieser dimensionslosen Kennzahlen den Verzug beeinflussen.
Abstract
Unavoidable distortion, which results from the quenching process of materials with no phase transformation, depends on a comparably small number of parameters: initial temperature of the component, heat transfer coefficient, and temperature of the quenching media, heat conductivity, heat capacity, density, thermal expansion coefficient, Young’s modulus, Poisson’s ratio, yield strength, and strain hardening behaviour. Additionally shape and size are influencing the unavoidable distortion.
Former investigations of long shafts showed, that a quenching process in a gas nozzle field leads to a typical behaviour of the dimensional changes, which can be correlated to the Biot number. Now, actual questions are the influences of the other mentioned parameters on the relationship between dimensional changes and Biot number. An analysis of dimensions showed, that at least seven additional dimensionless numbers influence the unavoidable distortion behaviour of components.
About the authors
Dr. rer. nat. Friedhelm Frerichs, geb. 1961, studierte Physik und Mathematik und wurde 2001 am Fachbereich Physik der Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg promoviert. Seit Mai 2001 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und bearbeitet im SFB 570 das Teilprojekt A6.
Dr.-Ing. Thomas Lübben, geb. 1959, studierte Physik an der Universität Bremen. Seit 1986 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und arbeitet hier auf dem Gebiet der Abschrecktechnik. Seit 2001 ist er Geschäftsführer des SFB 570 und Teilprojektleiter im Projekt A6.
Prof. Dr.-Ing. Franz Hoffmann, geb. 1950, studierte Maschinenbau an der Universität Karlsruhe. Er ist seit 1975 in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig und leitet dort die Abteilung Wärmebehandlung.
Prof. Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch, geb. 1953, studierte Allg. Maschinenbau an der Technischen Hochschule Darmstadt und promovierte im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen. Von 1980 bis 2000 war er bei der FAG Kugelfischer Georg Schäfer AG, Schweinfurt tätig, von 2001 bis 2003 als Geschäftsführer der Neue Materialien Bayreuth GmbH. Seit 2004 ist er Professor für Werkstofftechnik/Metalle im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen, Geschäftsführender Direktor der Stiftung Institut für Werkstofftechnik und Sprecher des SFB 570 „Distortion Engineering“.
Dr. rer. nat. Michael Wolff, geb. 1952, studierte Mathematik an der Universität Donezk/Ukraine (frühere Sowjetunion) und promovierte am Fachbereich Mathematik der Humboldt-Universität zu Berlin. Von 1977 bis 1998 arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Humboldt-Universität, Berlin. Seit 1999 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zentrum für Technomathematik der Universität Bremen und bearbeitet seit 2001 im SFB 570 das Teilprojekt C3.
Literatur
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2 Frerichs, F.; Landek, D.; Lübben, Th.; Hoffmann, F.; Zoch, H.-W.: Prediction of Distortion of Cylinders without Phase Transformations. Proc. 1st Int. Conf. on Distortion Engineering, 14.-16.09.2005 in Bremen/D, Zoch, H.-W.; Lübben, Th. (Eds.), S. 415-424Search in Google Scholar
3 Gröber, H.; Erk, S.; Grigull, U.: Die Grundgesetze der Wärmeübertragung. 3. Aufl., Springer, Berlin, 1981Search in Google Scholar
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5 Kobasko, N. I.; Morganyuk, V. S.; Dobrivecher, V. V.: Control of Residual Stress Formation and Steel Deformation during Rapid Heating and Colling. In: Totten, G.; Howes, M.; Inoue, T. (Eds): Handbook of Residual Stress and Deformation of Steel. ASM Int., Materials Park, Ohio/USA, 2002, S. 312330Search in Google Scholar
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© 2007 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany
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