Projekt B14: Quantitative Phasenfeldsimulation des Induktionshärtens in unlegierten Stählen

Ansprechpartner: Kubendran Amos, Prince Gideon

Motivation
Beim Induktionshärten wird ein Werkstück in einem speziellen Oberflächenbereich kurzzeitig auf Austenitisierungstemperatur gebracht. Ausgangspunkt des Induktionshärtens ist ein vergüteter Stahl mit einem Phasengemisch aus Ferrit und Eisenkarbid. Bei der Erwärmung lösen sich die Karbide durch Diffusion der Kohlenstoffatome auf, die Struktur des Eisengitters ändert sich und es bildet sich allmählich ein homogenes austenitisches Gefüge mit gleichverteiltem Kohlenstoffanteil. Um das isotherme Diffusionsverhalten von Kohlenstoff zu verstehen, wird daher die vollständig durch Volumendiffusion und Krümmungsdifferenz kontrollierte morphologische Entwicklung von Zementit mit Hilfe des thermodynamisch konsistenten Phasenfeldmodels analysiert.

Methoden

Ergebnisse

Simulation:

Einbindung von CALPHAD-Daten.
Großskalige dreidimensionale Simulation, die dem physikalischen Zustand ähnelt.

Analyse:

Überwachung der Kohlenstoffauflösung und der zugehörigen morpholigischen Zementitentwicklung.
Aufwändige Analyse und Validierung mit den vorhandenen theoretischen und experimentellen Ergebnissen.

Validierung:

Akzeptable Übereinstimmung mit den vorhandenen analytischen und experimentellen Ergenissen.
Relaxation zu einigen der bisher in theoretischen Behandlungen durchgeführten Approximationen.

Umwandlungsmechanismus:

Es wurde ein neuer Umwandlungsmechanismus entdeckt, aus dem die Zementitplatte entsteht.