TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
AUTOREN
Dr.-Ing.
Martin Hunkel
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter
der Abteilung Wärmebehandlung der
Hauptabteilung Werkstofftechnik am
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte
Technologien – IWT in Bremen
Dipl.-Ing.
Konstantin Schacht
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der
AG Integrative Werkstoffsimulation
am
Institut für Eisenhüttenkunde
(IEHK)
der RWTH Aachen
Prof. Dr.-Ing.
Ulrich Prahl
leitet die Professur für Umformtechnik
am Institut für Metallformung
(imf) der
TU Bergakademie Freiberg
Im industriellen
Prozess
der Fertigung
von Bauteilen
aus Stahl
werden
sowohl
Kalt- als auch Warmmassivumformteile
oft gehärtet
(zum Beispiel
vergütet
oder einsatzgehärtet),
um die mechanischen
Eigenschaften
einzustellen.
Zur Prozessauslegung
der meist mehrstufigen
Massivumformung
hat sich die Finite
Elemente(
FE-)basierte
Umformsimulation
in der industriellen
Praxis
durchgesetzt.
Nun besteht
der Bedarf,
der Umformsimulation
eine Wärmebehandlungssimulation
anzuschließen,
die
eine verbesserte
Vorhersagegenauigkeit
hinsichtlich
Gefüge
und Verzug
bietet.
Derzeit
werden
sowohl
die Umform
als auch die Wärmebehandlungssimulation
von Massivbauteilen
in der Regel als
Insellösung
betrieben,
das heißt die aus der Simulation
des
Umformprozesses
resultierenden
lokalen
Größen werden
derzeit
nicht weiter
in einer anschließenden
Wärmebehandlungssimulation
berücksichtigt.
Bild 1 zeigt die identifizierten
Abhängigkeiten
zwischen Umformung
und Wärmebehandlung.
Zielgröße
einer Wärmebehandlungssimulation
ist hierbei,
neben dem Gefüge
und der Härte, insbesondere
der Verzug
der
Bauteile
1. Die Vorhersagegüte
aller drei Größen
ist oft nicht
ausreichend,
was unter anderem
auf die fehlende
Kopplung
zwischen Umformung
und Wärmebehandlung
zurückgeführt
wird. Insbesondere
die Vorhersage
des Verzugs
von Bauteilen
ist eine schwer zu erreichende
Aufgabenstellung
2.
Umformvorgänge
sind dadurch
gekennzeichnet,
dass erhebliche
Energie
in Form einer erhöhten
Leerstellen
und Versetzungsdichte
in das Bauteil
eingebracht
wird und dort entweder
gespeichert
oder über Gefügeänderungen
abgebaut
wird.
Jwalant Kagathara, M. Sc.
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter
der Abteilung Wärmebehandlung der
Hauptabteilung Werkstofftechnik am
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte
Technologien – IWT in Bremen
Amir H. Motaman, M. Sc.
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an
der AG Integrative Werkstoffsimulation
am Institut für Eisenhüttenkunde
(IEHK) der RWTH Aachen
Üblicherweise
wird Stranggussmaterial
für die Umformung
verwendet.
Das Material
ist dann gekennzeichnet
durch unvermeidbare
chemische
Inhomogenitäten
(Seigerungen).
Sowohl
bei der Warm- als auch bei der Kaltumformung
werden
Seigerungen
stark verformt.
Das Wärmebehandlungsergebnis
hängt größtenteils stark vom
Zustand
nach dem Umformen
ab. Relevante
Wärmebehandlungsergebnisse
sind dabei unter anderen
die Härteverteilung
und der Verzug
der Bauteile.
Eine erhöhte
Versetzungsdichte
aus der Kaltumformung
wird beim Erwärmen
auf Austenitisiertemperatur
abgebaut.
Die unterschiedlichen
Korngrößen
beeinflussen
die Umwandlungskinetik
beim Erwärmen
und beim
Abschrecken.
Mikro- und Makroseigerungen
haben einen Einfluss
auf die Umwandlungskinetik
und -dehnung
3.
Das Projekt
„Integrierte
Umform
und Wärmebehandlungssimulation
für Massivumformteile
– InUWäM“ hatte
zum Ziel, Ergebnisse
aus der Umformsimulation
auf die Wärmebehandlung
zu übertragen,
um so die Vorhersagegüte
der Wärmebehandlungssimulation
zu steigern
und gleichzeitig
Unternehmen
aus
dem Bereich
Umformung
die Möglichkeit
zu geben,
ihre Umformgänge
hinsichtlich
des Wärmebehandlungsergebnisses
zu optimieren.
Schwerpunkt
waren
die oben beschriebenen
Wechselwirkungen
zwischen
Umformergebnis
und Wärmebehandlung
auf Gefüge
und Plastizität.
Diese Wechselwirkungen
wurden
experimentell
untersucht
und modellmäßig
beschrieben.
Die Umsetzung
wurde
anhand
einfacher
warm- oder kaltumgeformter
Bauteile,
die anschließend
wärmebehandelt
wurden,
überprüft.
massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2018 55