Entstehung von thermisch und mechanisch induzierten Eigenspannungen in geschmiedeten Bauteilen bei der Halbwarmumformung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eigenspannungen und Verzüge können zu vorzeitigem Bauteilversagen bzw. zur Nichteinhaltung vorgegebener Maß- und Formgenauigkeiten führen. Kommerzielle FEM-Programme sind größtenteils nicht oder nur unzureichend in der Lage, die Gefüge-, Eigenspannungs- und Verzugsentwicklung bei der Halbwarmmassivumformung abzubilden. An diesem Punkt setzt das vorliegende Vorhaben an. Das Gesamtziel dieses Beantragungszeitraumes bestand darin, die Simulation der Halbwarmumformung eigenspannungs- und verzugsarmer Bauteile mit optimalen Festigkeitseigenschaften unter Berücksichtigung von Auf- und Entkohlungsvorgängen zu ermöglichen. Dies wurde durch die Erweiterung der im ersten Antragszeitraum entwickelten Unterprogramme realisiert. Dazu wurden bekannte physikalische und empirische Gleichungen in die Unterprogramme implementiert und über geeignete Schnittstellen mit dem FEM-Programm gekoppelt. Diese Gleichungen beschreiben numerisch die diffusionsgesteuerten Vorgänge der Ent- und Aufkohlung sowie die Kohlenstoffverteilung in der beeinflussten Randschicht. Somit können Werkstoffvorgänge wie Ent- bzw. Aufkohlung, die bisher unbeachtet blieben, aber einen nachhaltigen Einfluss auf die Eigenspannungs- und Verzugsausbildung besitzen können, in der Simulation abgebildet werden. Darüber hinaus erfolgte die notwendige Erweiterung der Eigenspannungs- und Verzugssimulation auf 3D-Problemstellungen. Durch die im Rahmen dieses Vorhabens entwickelten Unterprogramme und die gewonnenen Erkenntnisse wird dem potenziellen Nutzer die Möglichkeit eröffnet, optimale Prozessbedingungen bei der Halbwarmmassivumformung einzustellen und ein Höchstmaß an maß- und formgenauen Bauteilen mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften zu realisieren. Zukünftige Arbeiten sollten sich mit der Berücksichtigung weiterer Einflüsse auf das Umwandlungsverhalten und die Eigenspannungsentwicklung beschäftigen. Insbesondere führen mechanische Belastungen zu einer Veränderung des Zeit-Temperatur-Umwandlungsverhaltens. Weiterhin ist für eine genaue Vorhersage der Mikrostruktur die Temperatur-Zeitgeschichte im Bauteil von wesentlicher Bedeutung. Diese wird durch die Reib- und Wärmeübergangsbedingungen zwischen Werkzeug und Werkstück bestimmt. Hierfür müssen neue Modelle entwickelt werden, die die Vorgänge in der Zwischenschicht genauer abbilden als bisherige Ansätze. Auch die Modellierung des Wärmeübergangs zum Abkühlmedium ist entscheidend und sollte mit Hilfe numerischer Modelle genauer beschrieben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften von geschmiedeten Bauteilen, Dissertation, Universität Hannover, 2002
Dittmann, Jan
- Virtual Design through the Prediction of Microstructure. Evolution and Material Properties of Precision Forged Parts Production Engineering. Research and Development, Band 10 (2003) Heft 2, Seite 7-10, Berlin: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP), ISBN 3-9807670-3-5
Doege, Eckart; Dittmann, Jan
- Simulation der Mikrostruktur und des Verzugs geschmiedeter Bauteile. UTF Science
Behrens, Bernd-Arno; Olle, Philipp; Götze, Tobias
