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Projekt B9: Abbildung des Aufkohl- und Abschreckprozessschritts beim Einsatzhärten mit FEM

Ansprechpartnerin: Dipl.-Ing. Kathrin Moch

Motivation und Ziele:
Zur Minimierung des Hartbearbeitungsaufwandes nach der Einsatzhärtung ist es notwendig den aus der Wärmebehandlung resultierenden Eigenspannungs- und Verzugszustand möglichst genau vorherzusagen. Um dieses Ziel zu realisieren werden die Prozessschritte Aufkohlen und Abschrecken des Einsatzhärtens mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) abgebildet. Bei der Simulation des Aufkohlens wird hierbei die Kohlenstoffdiffusion berücksichtigt und die im Bauteil entstehende Kohlenstoffverteilung auf die Abschrecksimulation übertragen. Darüber hinaus werden zur Abbildung des mechanischen und thermo-physikalischen Materialverhaltens Homogenisierungsmethoden implementiert.

Untersuchungen Ergebnisse
  • Experimente zur Materialmodellierung, u.a.
    • Ermittlung der Fließkurven mittels Warmzugversuche
    • Bestimmung des lokalen Wärmeübergangs
    • Untersuchung der Umwandlungsplastizität
    • Charakterisierung des Bauteilzustandes nach dem Einsatzhärten
  • FEM-Simulation des Aufkohlens unter Berücksichtigung der Kohlenstoffdiffusion
  • FEM-Simulation der beim Abschrecken auftretenden Effekte, wie z.B. Phasenumwandlung
  • Experimentelle Validierung der Simulationsergebnisse bezüglich Eigenspannungen und Verzug nach dem Einsatzhärten
  • Erste Simulationen des Aufkohlens
  • Vergleich der experimentellen und simulativen Ergebnisse des Kohlenstofftiefenverlaufs
  • Übertragung der simulativen Kohlenstoffverteilung im Bauteil nach dem Aufkohlen auf das Simulationsmodell für das Abschrecken