AUS DER PRAXIS
Bild 4: Korngrößenentwicklung
entlang
der Prozesskette
an einem
ausgewählten
Messpunkt
Bilder: Autoren
An der Ringinnenseite
liegt eine relativ
gute Übereinstimmung
zwischen
Messung
und Simulation
vor. In der Ringmitte
und an
der Ringaußenseite
hingegen
weichen
die berechneten
Größen
um bis zu 10 μm ab. Der Messwert
an Position
60 von zirka 24 μm
scheint aufgrund
der starken
Abweichung
zu allen
umliegenden
Messpunkten
eine Unsicherheit
in der metallografischen
Auswertung
zu sein. Zusammenfassend
ist festzuhalten,
dass
besonders
an der Ringaußenseite
die Korngrößen
stark unterschätzt
werden,
aber innerhalb
der Messunsicherheit
der Metallografie
liegen.
Ebenso
wie die Korngrößen
wird auch die berechnete
Radialkraft
bei der ersten
Hitze
Ringwalzen
unterschätzt
(Bild 2c).
Die um maximal
10 Prozent
geringere
Kraft im Vergleich
zu den
Messwerten
resultiert
vermutlich
aus nicht optimalem
Wärmeübergangskoeffizienten
und Reibwert.
Aus Sicht eines
Anlagenbetreibers
ist diese
Genauigkeit
der Kraftabschätzung
absolut
ausreichend
und aufgrund
des zeitlichen
Aufwands
der Berechnungen
(3D-FE-Modell)
wurde
an dieser
Stelle
auf eine weitere
Optimierung
des Modells
verzichtet.
Inwiefern
diese
Abweichung
die Unterschätzung
der gemessenen
Korngröße
bedingt,
lässt
sich nur schwer beurteilen.
Da aber die Korngröße
gerade
an der
Ringaußenseite,
an der Reibwert
und Wärmeübergang
den größten
Einfluss
haben,
stark unterschätzt
wird, liegt die Vermutung
nahe, dass ein Zusammenhang
besteht.
Im Vergleich
zu den Veröffentlichungen
3 – 6, die Zwischenergebnisse
aus dem laufenden
Forschungsprojekt
zeigen,
liegen
die berechneten
Korngrößen
in Bild 2 etwas
höher.
Hier sind die
finalen
Ergebnisse
nach Anpassungen
am Mikrostrukturmodell
basierend
auf fortschreitenden
Erkenntnissen
abgebildet.
PROZESSSCHRITT
FERTIGSCHMIEDEN
IM GESENK
Der gewalzte
Ring wird auf einem Gegenschlaghammer
im Gesenk
in 20 Hüben
zu einer
Turbinenscheibe
fertiggeschmiedet
und anschließend
an Luft auf Raumtemperatur
abgekühlt.
Während
des Schmiedens
und Abkühlens
auf Raumtemperatur
entwickelt
sich die Korngröße
und es liegt die in Bild 3 dargestellte
Korngrößenverteilung
vor.
Im Vergleich
zu den gemessenen
werden die berechneten
Korngrößen
leicht überschätzt:
Sie liegen
bei drei von sieben
Messpunkten
innerhalb
der Messunsicherheit
der Metallografie
und bei drei Messpunkten
leicht außerhalb.
Der Messpunkt
105
liegt zirka 1,5 μm außerhalb
der Messunsicherheit.
Tendenzen
von Bereichen
mit größeren
oder kleineren
Korngrößen
im Verhältnis
zueinander
werden
korrekt
abgebildet.
KORNGRÖSSENENTWICKLUNG
ENTLANG
DER
PROZESSKETTE
Anhand
eines
ausgewählten
Messpunkts
(grüne
Markierung
in Bild 4) wird die Korngrößenentwicklung
entlang
der Prozesskette
unter Berücksichtigung
des Mikrostrukturmodells
dargestellt
(Bild 4). Die Zeitachse
wurde
normalisiert,
sodass
jeder
Umformprozess
die Länge
eins hat und die Prozesse
zwischen
zwei Umformprozessen
(Abkühlen,
Erwärmen)
zusammengefasst
und ebenso
auf die Länge
eins normiert
sind. Der rote
Punkt kennzeichnet
eine äußere
Ecke des Rings; dieser
wird
nach jeder
Hitze
Ringwalzen
gedreht,
um die Dorndurchbiegung
auszugleichen.
Die Korngröße
liegt am Anfang
bei 10 μm, und steigt im Laufe
der
Umformprozesse
am dargestellten
Messpunkt
auf bis zu 17 μm
an. Die abzweigenden
Pfade
(grüne
Linien)
nach der ersten
und
zweiten
Hitze
Ringwalzen
wurden
eingefügt,
um die Korngröße
bei Raumtemperatur
zu vergleichen;
dieses
Abkühlen
wird
in Realität
nicht durchgeführt.
Im Vergleich
zu den Messdaten
liegen
die berechneten
Korngrößen
teilweise
oberhalb
und teilweise
unterhalb
der Messwerte,
aber dennoch
innerhalb
der
Messunsicherheit
aus der Metallografie
und die Tendenzen
40 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2018