Wärmebehandlung simulieren

Management Summary

Für die Beschreibung des Wärmebehandlungsprozesses stellt Simufact Forming mit dem Modul Heat Treatment einen eigenen Prozesstyp zur Verfügung, der eine einfache und übersichtliche Definition der erforderlichen Parameter erlaubt. Für globale und lokale Aufheiz- und Abkühlvorgänge können, auch kombiniert, flexibel veränderliche Zeiten, Temperaturen und Wärmeübergangskoeffizienten vorgegeben werden. Damit ist es möglich, einfach und übersichtlich vollständige Wärmebehandlungszyklen bestehend aus Aufheizen, Halten, Transport, Abkühlen, Pausieren, erneuten Aufheizen, Halten, Transport und Abkühlen in einem Prozess zu simulieren.

Die für die Berechnung erforderlichen Materialparameter können über Programme unserer Partner Sente Software (JMatPro) und GMT (MatILDa) erzeugt werden. Beispielhafte Materialdaten sind im Softwaremodul enthalten.

 

 

Nutzen Sie die Vorteile von Simufact Forming für Ihre Wärmebehandlungsprozesse:

Freiformgeschmiedete Welle bei der Wärmebehandlung.
  • kürzere Entwicklungszeiten
  • umfassendes Prozessverständnis
  • höhere Prozessstabilität und -qualität
  • Vorhersage der Bauteileigenschaften
  • Vermeidung von Härterissen
  • Erweiterung der Produktpalette
  • optimale Abstimmung der einzelnen Prozessschritte
  • weniger Ausschuss
  • umfangreiche Materialdatenbanken

Einsatz des Anwendungsmoduls Heat Treatment

Vereinfachter und vollintegrierter Ansatz

(ZTU) Zeit-Temperatur-Umverteilungsdiagramm
(ZTU) Zeit-Temperatur-Umverteilungsdiagramm

Das Softwaremodul Simufact Forming Heat Treatment erweitert das Materialmodell um Effekte, die beim Abkühlen bzw. Abschrecken der klassischen wärmebehandelbaren Stähle auftreten.

Mit einem vereinfachten Ansatz, der Informationen aus dem kontinuierlichen ZTU-Diagramm verwendet, lassen sich auf der Grundlage des Temperatur-Zeit-Verlaufs während der Abkühlung die zu erwartenden mechanischen Eigenschaften (z.B. Härte) und Phasenanteile (Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit, Austenit) abschätzen.

Beim vollintegrierten Ansatz werden auf der Grundlage des isothermen ZTU-Diagramms die durch die auftretenden Phasenumwandlungen zusätzlich auftretenden Dehnungsanteile berücksichtigt. Hierdurch können neben den Phasenanteilen auch Aussagen über die wärmebehandlungsbedingten Spannungen (z.B. Gefahr von Härterissen) und Verzügen getroffen werden. Die Dehnungsanteile der diffusionsgesteuerten Umwandlungsvorgänge (Ferrit-, Perlit- und Bainitbildung) werden basierend auf dem Ansatz von Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) berechnet. Die der diffusionslosen Martensitbildung basierend auf der Koistinen-Marburger Gleichung.

 

Berechnung des Temperatur-Zeit-Verlaufs

Entscheidend für die Vorhersagequalität einer Wärmebehandlungssimulation ist die korrekte Berechnung des Temperatur-Zeit-Verlaufs. Dieser wird maßgeblich durch den zwischen Werkstück und Umgebung angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt. Bedingt durch die bei der Abkühlung in der Grenzfläche ablaufenden physikalischen Prozesse ist es in der Regel erforderlich, den Wärmeübergangskoeffizienten temperaturabhängig anzugeben. Wobei auf dem Werkstück auch unterschiedliche (auch zeitabhängige) Wärmeübergangskoeffizienten aufgebracht werden können.

Für die Ermittlung der Wärmekoeffizienten und ihrer der Anlagen- und prozessspezifischen Verläufe stellt Simufact Forming Funktionen zur Verfügung, mit denen der Abgleich zwischen Messkurven und Berechnungsergebnissen automatisiert erfolgen kann. Dies ermöglicht eine automatische Parameteridentifizierung und -optimierung.

Praxistipp

Übrigens: Die Wirkung von Wärmebehandlungen wie Rekristallisations- und Losungsglühen zwischen den Umform- bzw. Prozessstufen wie zum Beispiel der Abbau der Kaltverfestigung in der Prozesskette der Kaltumformung durch Glühen, kann auch ohne das Modul Simufact Forming Heat Treatment schnell und einfach abgebildet werden.

Simulationsvideos Wärmebehandlung

Jominy Test Martensit-Anteil

Jominy Test Temperaturverhältnis

Induktive Erwärmung eines Hohlzylinders

Kunden und Anwendungsfälle

Temperaturverlauf bei der Wärmebehandlung

Kunden und Anwendungsfälle

  • Großschmiedeteile (Ringe, Blöcke, [Generator-]Wellen) für Energie- und Kraftwerkstechnik sowie Petroindustrie/Chemieanlagen
  • Eisenbahnräder
  • Lagerringe
  • Komponenten des Maschinenbaus

Das Softwaremodul Simufact Forming Heat Treatment ist aufgrund seiner einfachen, praxisgerechten Bedienung besonders für Härtereien geeignet, die ein großes Spektrum von Werkstücken mit vielen, wechselnden Typen wärmebehandeln.

Prozesskettenbetrachtung

Durchgängige Simulation der Bauteilherstellung

Die Berechnung der einzelnen Prozessschritte vom Rohmaterial zum Endprodukt bis zur Belastungsbetrachtung wird immer wichtiger. Selbstverständlich kann die Wärmebehandlungssimulation mit der Umform- und der Schweißsimulation gekoppelt werden, so dass die gesamte Prozesskette der Bauteilherstellung durchgängig simuliert werden kann. Die so berechneten lokalen Bauteileigenschaften und die reale Verzugsgeometrie in der Baugruppe kann final für Lebensdauerbetrachtungen oder Strukturanalyseberechnungen z.B. mit MSC Marc verwendet werden.

Simufact Anwendungsfeld Wärmebehandlung
Wärmebehandlung

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Markus Merten

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