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SchmiedeJOURNAL September 2015 002

Fachbeiträge weise me tall physikalischbasierte Mo delle. In kom mer zi ellen FESoft ware pro grammen sind je doch schwer punkt mä ßig empirische Mo delle im ple mentiert, die eine Ab hängigkeit der Fließ kurve von der Tem pe ra tur beschreiben, ohne die zu grunde liegend en werkstofflichenMechanismenhinreichendzuberück sichtigen. Auf grund der Viel zahl an zu bes timmenden Pa ra me tern ist der Auf wand, diese empirischen Mo delle an einen Werk stoff an zu passen, re lativ hoch. Dennoch ist die Vorher sage kraft dieser Modelle bei komplexen mehrstufigenSchmiedeprozessenehereingeschränkt. Zielsetzung Die Ziel setzung eines IGFVor habens war es, ein me tallphysikalischmotiviertes Werkstoff mo dell zu ent wickeln, wel ches das Mate ri al ver hal ten auf physikalischer Grund lage ab bil det. Be schrieben wer den sollte die Fließspan nung auf Grund lage der Ent wick lung der Mikro struk tur. Da sich die Um for mung in mehrere auf ein an der folgende Pro zess schritte un ter teilt, sind ins be sondere die Ent wicklung der Mikro struk tur, der Re kristallisations kinetik (Ent festigungs pro zesse) so wie das Kornwachstum vor, wäh rend und zwischen den Schmie de stufen von wesentlicher Be deutung für das Fließ ver halten der ein ge setzten Werkstoffe. Eine mikro struktur ba sierte FESi mu la ti on bietet den Schmie de un ter nehmen bei der Ausle gung ihrer Pro zesse fol gende Vor teile: • Ver besserte Ab bil dung des Fließ ver haltens und da durch be last barere Aus le gung der Stufen fol gen und der Werk zeuge, • verbesserte Abschätzung der benötigten Press kraft für die Einzelstufen und damit der Anlagenauswahl und Kapazitäts planung, • früh zeitiges Er ken nen von mö g lich en Schmie de feh lern be ziehungs wei se Problem zo nen, • gezielte Ei gen schafts ver besserung hin sichtlich Korn grö ße am Prozessende, • Optimierung der Wie der er wärmung hinsicht lich Ener gie be darf, Ein stellung der Korn grö ße so wie deren Aus wirkung auf spä tere Pro zess schritte, • Erweiterung des Werkstoffspektrums. Vorgehensweise Nach der Fest legung des Werk stoffs, ei nes mit Niob le gierten AFPStahls und der Proben her stellung wur den zu nächst Ex perimente im Labor maß stab unter anderem mit hilfe eines Um form di la to me ters durch geführt, um das Ma te ri al ver halten zu charakterisieren. Tabelle 1 zeigt die chemische Zu sammen setzung des ana ly sierten Werk stoffs. Diese Ex perimente dienten da zu, das Kornwachs tums und das Fließ span nungs ver halten so wie das Ver halten bei statischer Re kris tal lisationzuuntersuchenundzuquantifizieren. Des Wei teren wur de die Festigkeits ent wicklung bei Doppel und Mehr fachStauch versuchen ab ge bil det. Die Be schreibung der Ent festigung des Werk stoffs ist not wen dig, um die im Werk stoff ab laufende Ent festigung zwischen den einzelnen Schmie de stufen im Schmiede pro zess ab zu bilden und ist ins besondere bei Schmie de pro zessen mit hohen Takt raten von Be deu tung. So wohl parallel als auch im Nach gang zu den La bor unter suchungen wur den die einzelnen Mo dule (Korn wachs tum, dynamische und statische Re kris tal li sa ti on) des Pro zess kettenmo dells ent wickelt. Da zu wur den zunächst an hand von Literatur recherchen Qualitätskriterien er ar beitet. Nach der Ent wicklung erster Mo delle wur den diese da rauf hin überprüft, in wie weit sie die Qualitäts kri terien erfüllen. Nach weiterer Optimierung der Modelle war man in der Lage, suk zes sive die einzelnen Qualitäts an forderungen zu er füllen. Nach dem die Teil modelle den größ ten Teil der Quali täts kri terien er füllten, wur den die Modelle und deren Pa ra me ter an das in den ExperimentenidentifizierteMaterialverhaltenan ge passt. An schließend wur den die einzelnen Modell teile zu einem durch gängigen EinPunktModell ge koppelt. EinPunktModelle be schreiben das Ma te ri al ver halten von einem Punkt/Volumen element, wohin gegen FESoftware pro gramme mehrere Vo lu men elemente ab bil den. Das EinPunktModell war nach der Kopplung in der Lage, komplette Pro zessketten ab zu bil den. Da für wur den ver schie dene LaborExperimente und in der Literatur do kumen tierte Pro zess ketten nach si muliert, um vor der Im ple men tie rung in eine FEUmgebung mögliche Fehler quellen zu eliminieren. Parallel zur Modell ent wicklung auf Hochschul seite wur den Ver suchs schmiedungen bei den In dustrie be trieben durch ge führt, die dazu dienten, die Mikro struktur ent wicklung der ein zel nen Schmie de stufen in praxis na her An wen dung zu un ter suchen. Nach Im ple mentie rung des EinPunktModells in FESoftware war es möglich, die in den Fer ti gungspro zessen ge messenen Um form kräf te so wie lo ka le Austenit korn größen mit den durch die FESoftware vor her ge sagten Ergebnissen zu vergleichen. Das Modell zur Berechnung der lo kalen Fließ spannung wurde zu nächst für ei nen Tempe ra tur be reich von 1.100 °C bis 1.200 °C sowie für Dehn ra ten von 1/s bis 10/s ent wickelt. Bei industriellen Um form pro zessen (und demnachauchFESimulationen) tretenhäufighöhere Dehn raten auf. Des halb er schien es wichtig, dass die für die FESi mu la ti on entwickelt en Mo delle eine hohe Inter und insbe sondere Extra po lier bar keit auf weisen, um das Ma terial ver halten treffend ab zu bilden. Dies ist ins be sondere für Werk stoff mo delle für die Warm massiv um formung wichtig, bei denen lo kal plastische Deh nungen von fünf Pleuel – für höchste Belastung gewalzt und geschmiedet Besuchen Sie uns! Halle 18 Stand D 15 Hämmer Hydraulische Pressen Spindelpressen Walzen E-Stauchanlagen Automation Moderne Motoren stellen heute höhere Anforderungen an Zylinderkomponenten als jemals zuvor. 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