Simulation des Faserverlaufs Zur rechnerischen Auslegung von Bauteilen unter Berücksichtigung des Fasergehalts sowie der Faserrichtung wurde eine Methode entwickelt, die den realen Faserverlauf in einer kommerziellen FE-Software abbildet. Hier mit ist es möglich, eine Abschätzung der Bild 3: Zusammenhang zwischen der Anisotropie A der Schwingfestigkeit und der Anisotropie des im Zugversuch ermittelten Duktilitätskennwerts A5. Quelle: Autoren Faserorientierung sowie des Fasergehalts im späteren Bauteil zu treffen. Durch eine Überla ge rung dieser gewonnenen Erkenntnisse mit einer numerischen Belastungssimulation des Bauteils kann der lokale Einfl uss der Fasern auf die Schwingfestigkeit ermittelt und dargestellt 34 Schmiede-Journal März 2011 werden. Für eine Umsetzung in der Praxis sind in Zukunft Fragestellungen hinsichtlich der Mehr ach sig keit und des Abgleichs zwischen si mu lier tem und realem Fasergehalt zu be antwor ten. Zusammenfassung Mit dem durch ge führ ten Projekt wur den Erkenntnisse zum Einfl uss des Fa ser verlaufs auf die Schwing fes tig keit gewonnen, die in der Praxis für eine zu ver lässigere und werkstoffgerechtere Bewertung von Bauteilen aus AFP-Stahl ge nutzt werden können. Insbesondere durch den Vergleich mit Ergebnissen aus der Literatur kann auf Grundlage der Untersuchung auch für andere Schmiedestähle die Richtungsabhängigkeit der Schwingfestigkeit auf Basis der Zug fes tig keit, des Schwefelgehalts sowie ge ge be nen falls der Richtungsabhängigkeit der Duk ti li täts kennwerte A5 und Z abgeschätzt werden. Die vergleichenden Versuche an den Ver gütungs stählen 30MnB5 und 33MnCrB5-2 haben gezeigt, dass AFP-Stähle bei zyklischer Be anspruchung gegenüber den teureren Ver gü tungsstäh len wettbewerbsfähig sind. Die ermittelten Zusammenhänge zwischen Fa ser ver lauf und Schwingfestigkeit sind zusammen mit der Simulation des Fa ser verlaufs ein erster Schritt, diesen Einfl uss in der virtuellen Bauteiloptimierung zu be rück sichti gen. Die Projektergebnisse haben jedoch gezeigt, dass neben den Mangansulfi den weitere Gefügemerkmale vir tu ell abzubilden sind, wenn die Auswir kung lokaler Werk stoff ei gen schaften hin rei chend genau bei der be triebs fes ten Auslegung von Bautei len be rück sich tigt Dr.-Ing. Heinz Kaufmann Dipl.-Ing. Markus Türk werden soll. ■ Literatur 1 Leslie, W. C.: Inclusions and Mechanical Properties. In: ISS Transactions 2 (1983), S. 1-24 2 Temmel, C.: Fatigue Anisotropy in Forged Components. Göteborg, Chalmers University of Technology, Department of Materials and Manufacturing Technology, Diss., 2007. – ISSN 0346-718X 3 Temmel, C.; Karlsson, B.; Ingesten, N.-G.: Fatigue Anisotropy in Cross Rolled, Hardened Medium Carbon Steel resulting from MnS Inclusion. In: Metallurgical and Materials Transactions A 37A (2006), S. 2995-3007 4 Temmel, C.; Karlsson, B.; Ingesten, N.-G.: Fatigue Anisotropy in Cross Rolled, Hardened Isotropic-Quality steel. In: Metallurgical and Materials Transactions A 39A (2008), S. 1132-1143 5 Doege, E.: Einfl uss des Faser verlaufs auf die Schwingfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften eines un legier ten Vergütungsstahls in Abhängigkeit vom Schwe fel ge halt, Umformgrad und der Um form tem pe ra tur. Hannover, Institut für Um form tech nik und Umformmaschinen, 1987 – DFG-Forschungsvorhaben Do 190/49, Schluss bericht 6 Caillet, Nicolas: Prise en compte des spécifi cités des pieces forgées en fatigue illimitée. Paris, Ècole des Mines de Paris, Ecole Doctorale: Sciences fondamentales et apploquées, Diss., 2007 7 Kage, M.; Nisitani, H.: Anisotropy of the Fatigue Limit and of the Crack Propagation Property of a Rolled Steel Plate. In: Bull JSME 18 (1975), Nr. 126, S. 1385-1394 8 Kage, M.; Nisitani, H.: Anisotropy of Low-Cycle Torsional and Push-Pull Fatigue in a Rolled Steel. In: Bull JSME 20 (1977), Nr. 149, S. 1353-1358 9 Kage, M.; Nisitani, H.: Effect of heat treatment on anisotropy of fatigue strength of a Rolled steel. In: Bull JSME 23 (1980), Nr. 180, S. 799-806 10 Buch, Alfred: Die Verbindung zwischen Stahlreinheit, den Quer zug kennwer ten und der Anisotropie der Dau er festig keit. In: Ma te ri al prü fung 7 (1965), Nr. 1, S. 1-5 11 Forrest, P. G.: Fatigue of Metals. London: Pergamon Press, 1962 Fachbeiträge Dipl.-Ing. Nora Exel Danksagung Die Autoren bedanken sich für die För derung der Untersuchungen durch die gemein nüt zige Stiftung Stahl an wen dungs forschung im Stifter ver band für die Deutsche Wis sen schaft e. V. über den Wirt schaftsverband Stahl- und Me tall ver ar bei tung e. V. WSM und die um fas sen de Un ter stützung durch den pro jekt be glei ten den Ausschuss des In dus trie ver ban des Mas siv um formung e. V. Bild 4: Zusammenhang zwischen HBW-Härte, Schwefelgehalt und faserparalleler Schwingfestigkeit σa,k,ϕ = 0° am Abknickpunkt Nk=2·105 der abgeleiteten Spannungswöhlerlinien mit Rε=-1, PÜ=50 %. Quelle: Autoren
2011-03-Schmiede-Journal
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