Report SchmiedeJOURNAL September 2014 23 Am Gemeinschaftsvorhaben EcoForge waren das Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) der RWTH Aachen, das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und das Institut für Werkstoffkunde (IW) der Leibniz Universität Hannover, das Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart sowie das Institut für Werkstofftechnik (IWT) Bremen beteiligt. Die EcoForge Prozesskette im Detail Am IFUM Hannover wurden numerische und experimentelle Untersuchungen zur integrierten Wärmebehandlung aus der Schmiedehitze durchgeführt. Hierbei wurden zwei Warmmassivumformprozesse entwickelt sowie eine Automatisierung der Prozesse zur Gewährleistung der Reproduzierbarkeit von Prozessparametern aufgebaut (Bild 2). In den numerischen Untersuchungen wurden die abkühlbedingten Phasenumwandlungen der beiden Warmmassivumformprozesse analysiert. Zur Berechnung der diffusionslosen und der diffusionsgesteuerten Gefügeumwandlungen wurden die zugrunde liegenden Modell-Ansätze Johnson-Mehl-Avrami und Koistinen-Marbuger erweitert und in das FE-Software-System simufact.forming implementiert. Das Dehnungsinkrement wurde zur verbesserten Vorhersage von Maß- und Formänderungen innerhalb einer Abkühlung um den umwandlungsbedingten sowie umwandlungsplastischen Dehnungsanteil erweitert 1. Für die numerische Simulation der kontrollierten Abkühlung wurden am IW Hannover und dem IWT Bremen (Verfahrenstechnik) ermittelte Daten, zum Beispiel Wärmeübergangskoeffizienten und Temperaturverläufe, in das FE-Modell implementiert. In Bild 3 sind die Ergebnisse einer kontrollierten Abkühlung – zunächst mit Druckluft und anschließend bei freier Konvektion – für die „abgesetzte Welle“ aus HDB-Stahl dargestellt. Die numerischen Ergebnisse zeigen eine bainitische Phasenverteilung mit einem Bainitanteil von 85 bis 100 Prozent. Bei Betrachtung des lokalen Bauteilbereichs Napf sind Martensitanteile bis zu 15 Prozent zu erkennen. Der geringe Martensitanteil konnte in experimentellen Gefügebestimmungen im IEHK Aachen ebenfalls identifiziert werden. Die Entwicklung angepasster Temperatur- beziehungsweise Abkühlszenarien für die integrierte Wärmebehandlung und gezielte Gefügeeinstellung von Bauteilen im Schmiedeprozess basiert auf den jeweiligen Iso-, U-, ZTU-Diagrammen (IEHK Aachen und IFUM Hannover). Je nach der Gefüge-Zielstellung: Material, Geometrie (nach der Umformung) oder Zustand des Bauteils (Temperaturverteilung nach der Schmiede) wurden unterschiedliche Abkühlszenarien mittels instationärer Wärmeleitungssimulation im IWT Bremen abgeleitet. Für die Simulation sind entsprechende Randbedingungen (Geometrie, Anfangstemperatur, Wärmeübergangskoeffizienten) notwendig, die zunächst durch Messungen bestimmt werden. Die Validierung der simulierten Abkühlszenarien erfolgt mittels Temperaturmessungen Bild 2: Werkzeugsysteme der Demonstratorprozesse: Werkzeugsystem für die Bauteile „abgesetzte Welle“ (links) und „Common-Rail“ (rechts). Bild 3: Experimentelle (links) und numerische (rechts) Ergebnisse der Phasenverteilung für eine kontrolliert abgekühlte „abgesetzte Welle“ aus HDB.
SchmiedeJOURNAL
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