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Computer Aided Simulation of Heat Treatment (C.A.S.H.)

Teil 2: Bestimmung von Eingabedaten zur FEM-Simulation des Einsatzhärtens∗
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Published/Copyright: May 2, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 61 Issue 1

Kurzfassung

Der Erfolg von Wärmebehandlungssimulationen hängt in ho hem Maße von verlässlichen Eingabedaten, insbesondere den Materialeigenschaften, ab. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts C.A.S.H. – Rechnergestützte Vorhersage von Werkstück- und Werkstoffzuständen nach Wärmebehandlung – aufwändige Messungen und Auswertungen für die Stähle 16MnCr5, 20MnCr5, und 18CrNiMo7-6 betrieben. Die Arbeiten beinhalten Messungen mechanischer Kenngrößen wie Streckgrenze, UP-Konstante oder Dehnungen genauso wie thermo-physikalische Größen. Darüber hinaus wurde das Umwandlungsverhalten untersucht und auf Basis des Johnson-Mehl-Avrami- und des Leblond-Modells beschrieben. Zugversuche, auch an unterkühltem Austenit, wurden auf einem speziell da-für umgebauten Versuchsstand durchgeführt. Hier werden ausgewählte Ergebnisse für den Stahl 20MnCr5 präsentiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Vorstellung einer neuartigen Auswertung und Beschreibung thermischer Dehnungen auf der Basis von Dilatometerversuchen. Dabei wird zum ersten Mal die Dichteänderung durch Aufkohlung berücksichtigt und erklärt, wie diese in die Anpassung von Dilatometerkurven von Proben mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt einfließen sollte.

Abstract

Successful simulation of heat treatment depends indispensably on a reliable description of the material properties. For this sake, considerable measurements and evaluations have been performed on the steels 16MnCr5, 20MnCr5, and 18CrNiMo7-6, which were used for simulation and accompanying experiments in the project “Computer Aided Simulation of Heat Treatment – C.A.S.H”. These works include measurements on mechanical characteristics such as for instance elastic modulus, tensile strength, transformation plasticity, strains, as well as thermo physical data. Furthermore, phase transformations have been measured and described based on a Johnson-Mehl-Avrami and Leblond type model. Tensile tests have been performed on a novel type of testing machine, which has been developed in the course of the project. In this paper, selected results for 20MnCr5 will be presented. A major aspect is a novel evaluation method for thermal strains extracted from dilatometry data. For the first time, this method takes into account the length change due to carburization of the dilatometry samples, and provides practical instructions for the alignment of dilatometry curves recorded on steels with different carbon content.

Dr. Jörn Lütjens, geb. 1971, studierte Physik an den Universitäten in Bremen, Gießen und Nantes (F). Die Promotion zum PhD erfolgte 2002 an der University of Surrey, Guildford (UK). Seit 2003 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Stiftung Institut für Werkstofftechnik in Bremen tätig.

Dr.-Ing. Volker Heuer, geb. 1970, studierte Metallurgie und Werkstofftechnik an der RWTH Aachen. Nach Tätigkeiten an der TU Bergakademie Freiberg sowie der University of Cambridge (UK) promovierte er an der Fakultät Maschinenbau der TU Bergakademie Freiberg. Seit 1999 ist er im Fachbereich Verfahrens- und Anlagentechnik der ALD Vacuum Technologies AG tätig.

Dipl.-Ing. (FH) Franz König, geb. 1969, studierte Werkstoffkunde/ Oberflächentechnik an der FH Aalen. Seit 1995 ist er bei der Fa. Schwäbische Härtetechnik Ulm als Projektleiter tätig.

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.

Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze, geb. 1965, studierte von 1985 bis 1990 an der Universität Karlsruhe (TH) Maschinenbau. Danach nahm er eine Stellung als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) an. Nach seiner Promotion im Jahr 1993 blieb er an diesem Institut und ist dort heute Akademischer Oberrat und Leiter der Abteilung “Fertigung und Bauteilverhalten“. 2004 habilitierte er sich im Fach “Werkstoffkunde“.

Dipl.-Ing. Nicolas Trapp, geb. 1975, studierte von 1996 bis 2001 an der Universität Karlsruhe (TH) und an der Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers in Metz (F) Maschinenbau. Seit 2002 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstoffkunde I der Universität Karlsruhe (TH) tätig.

∗Vorgetragen von J. Lütjens auf der 1st IDE, 14.–16. September 2005 in Bremen und auf dem 61. Kolloquim für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 5.–7. Oktober 2005 in Wiesbaden.

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Erhalten: 2005-11
Online erschienen: 2013-05-02
Erschienen im Druck: 2006-02-01

© 2006, Carl Hanser Verlag, München

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  7. Computer Aided Simulation of Heat Treatment (C.A.S.H.)
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https://doi.org/10.3139/105.100359

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