Das Anwendungsmodul Wärmebehandlung dient der Simulation von Wärmebehandlungsprozessen und der Vorhersage von Materialeigenschaften.
Für die Beschreibung des Wärmebehandlungsprozesses stellt Simufact Forming mit dem Modul Wärmebehandlung 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.
Das Softwaremodul Simufact Forming Wärmebehandlung 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.
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.
Die Wirkung von Wärmebehandlungen wie Rekristallisations- und Losungsglühen zwischen den Umform- bzw. Prozessstufen wie z. B. der Abbau der Kaltverfestigung in der Prozesskette der Kaltumformung durch Glühen, kann auch ohne das Modul Simufact Forming Wärmebehandlung schnell und einfach abgebildet werden.
Jominy Test Martensit-Anteil
Jominy Test Temperaturverhältnis
Induktive Erwärmung eines Hohlzylinders
Kunden und Anwendungsfälle
Das Softwaremodul Simufact Forming Wärmebehandlung ist aufgrund seiner einfachen, praxisgerechten Bedienung besonders für Härtereien geeignet, die ein großes Spektrum von Werkstücken mit vielen, wechselnden Typen wärmebehandeln.
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.
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