Was bedeutet Abschrecken?
Abschrecken ist ein Wärmebehandlungsprozess zum Verändern der mechanischen Eigenschaften von Schmiede-, Guss- oder Schweißteilen. Dieser besteht im Erhitzen eines Metallteils, um dessen Mikrostruktur und Eigenschaften, wie Härte, Bruchfestigkeit und Bruchzähigkeit zu ändern. Dazu wird das Teil in einem Medium, welches je nach Material und erwarteten Eigenschaften Wasser, Öl, auf Polymerbasis oder Luft sein kann, rasch abgekühlt.
Dieser Prozess wird im Allgemeinen zum Härten und Verdichten von Teilen für die Automobil- und Luftfahrtindustrie, wie Ringen, Zahnrädern, Wellen oder Getriebeteilen verwendet. Er findet auch in der Bauindustrie zum Vermeiden von Verformungen von Stangen und Stäben, sowie im Energiesektor (z.B. für nahtlos gewalzte Ringe) zur Anwendung.
Simulation der Temperaturentwicklung beim Ölabschrecken einer Einzylinder-Kurbelwelle. Mit freundlicher Genehmigung von AMW.
Simulieren einer Abschreckung mit SIMHEAT®
Wärmebehandlungstemperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten sind bedeutende Faktoren bei der Herstellung von geschmiedeten und Gussmetallteilen. Sie verleihen dem Material die meisten seiner endgültigen Eigenschaften. Numerische Simulation ist ein hervorragendes Hilfsmittel für das Verständnis und die Optimierung dieser Ergebnisse.
Um sich der Realität bestmöglich annähern zu können, integriert SIMHEAT® ein Modell, welches thermische, mechanische und metallurgische Phänomene vereint. Mehr erfahren>>
Dazu berücksichtigt die Software Festphasenverhalten und bezieht je nach Oberflächentemperatur oder Dauer auch Gesetze von Wärmeübergangskoeffizienten ein.
Beim Abschrecken hängt der Wärmeübergangskoeffizient (HTC) von der Temperatur des Teils, dem Kühlmedium, der Bad-Agitation und vielen anderen Parametern ab. Während des Abschreckprozesses treten verschiedene Siedephasen auf. Bei SIMHEAT® wird das Phänomen des Siedens durch Verwenden einer Wärmeübergangskoeffizienten-Funktion der Temperatur des Teils berücksichtigt.
Temperaturverteilung während des Abschreckens eines Kegelrades mit SIMHEAT®
Vorteile eines Simulationsmodells
Numerische Simulation unterstützt Sie dabei, Ihren Prozess zu optimieren, und die besten Prozessparameter herauszufinden, um die gewünschten Merkmale zu erzielen. Zur Verbesserung der Stabilität und der Effizienz des Prozesses ermöglicht die Simulation mehrere Abschreckbedingungen, inklusive Dauer des Erhitzungszyklus, Wärmeübergangskoeffizienten, Abkühlkurven, Abschreckdauer, Beschaffenheit des Bades, usw. zu testen.
SIMHEAT® ermöglich es Ihnen:
- Kirkaldy-basierte TTT-Diagramme für niedrig legierte Stahlsorten zu erstellen
- auf Verzerrungsmodelle, die für alle Metallarten, einschließlich Legierungen für die Luftfahrt, anwendbar sind, zuzugreifen
- dank der Sensoren Materialeigenschaften während der Wärmebehandlung zu verfolgen
- Temperatur, Phasenumwandlung, HV oder HRC Härte, Verzerrung, Eigenspannung und Streckspannung vorherzusehen
- das Abschrecken zu modellieren und Aluminiumlegierungen künstlich altern zu lassen
Wettbewerbsfähige Funktionen von SIMHEAT® zum Abschrecken
- SIMHEAT® integriert ein thermisches, mechanisches und metallurgisches Modell.
- Ein Optimierungsmodul ist in SIMHEAT® enthalten. Es wird dazu verwendet, Wärmeübergangskoeffizienten anhand einer Inversanalyse den experimentellen Abkühlkurven anzupassen.
- Auch ein TTT- und CCT-Diagrammgenerator steht zur Verfügung.
TTT und CCT Diagrammgenerator
- Die Abschrecksimulation für Stahl von SIMHEAT® basiert auf einem TTT-Diagramm. Die manuelle oder automatische Optimierung kann verwendet werden, um das TTT-Diagramm zu gestalten, das zu den experimentellen CCT-Kurven passt.
- Eine umfassende Datenbank für Abschreckmittel ist in unserem Store erhältlich. Sie enthält Luft, Wasser- und Ölbäder, sowie 63 Abschreckmittel von Quaker Houghton, darunter eine Auswahl aus Polyalkylenglycol-Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen, Temperaturen und Agitationsbedingungen. Jedem Abschreckmittel ist eine Beschreibung beigelegt, welche die HTC-Werte in Abhängigkeit von der Temperatur und der Übereinstimmung zwischen den experimentellen Daten und der Simulationskurve anzeigt, die bei der Optimierung erhalten werden.
- Sensoren können dazu dienen, die Temperatur, Phasenumwandlung und den Härteverlauf am Metall aufzuzeichnen.
- Es besteht eine Kompatibilität mit der JMatPro® Material-Software, um die mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit Phasenumwandlungen und geometrischen Variationen genauestens zu analysieren.
Das thermo-mechanisch-metallurgische Modell in SIMHEAT®
Die SIMHEAT® Software verfügt über ein thermisches, mechanisches und metallurgisches Modell. Das mechanische Modell wird durch ein Gesetz für elasto-viscoplastisches Verhalten dargestellt. Die thermischen Parameter, sowie die elastischen und plastischen Parameter verändern sich je nach Phasen und Temperatur. Das metallurgische Modell betrifft die Berechnung der Kinetik von Phasenumwandlungen beim Abkühlen eines Teils und beruht auf einem isothermen Modell. Inkubation von Ferrit, Perlit und Bainit wird durch einen Scheil-Parameter dargestellt.
ist dabei die benötigte Dauer für die Umwandlung beginnend mit der Temperatur T.
Eine Johnson-Mehl Avrami Gleichung kommt bei der Berechnung der Fraktion von umgewandeltem Ferrit, Perlit und Bainit zum Einsatz.
Dabei gilt:
- y ist die umgewandelte Fraktion für jede Phase
- ist die maximale Phasenfraktion, welche eine transformierte Funktion der Temperatur sein kann
- t ist die verstrichene Zeit seit Beginn des Wachstums
- b und n sind die Koeffizienten der Avrami Gleichung
Das isotherme Modell ist gekoppelt, um die nicht-isothermen Aspekte beim Abkühlen zu bewältigen. Martensitische Umwandlungen werden durch die Koistinen-Marburger Gleichung vorhergesehen. Die Martensit-Volumenfraktion ist von der Temperatur abhängig und startet, wenn instabiler Austenit unter die Martensit-Umwandlungstemperatur fällt. Die metallurgische Umwandlung ist mit der wärmetechnischen Berechnung durch die Umwandlungsenthalpie jeder Phase gekoppelt.
Simulation des Martensitanteils mit SIMHEAT® beim Abschrecken einer Kurbelwelle
Auch hervorragend für Aluminiumlegierungen geeignet
Da Aluminium eine geringe Dichte aufweist, muss es öfters wärmebehandelt werden, um die nötigen mechanischen Eigenschaften zu erlangen. Abschrecken und künstliches Altern sind für dieses Material geeignet, und SIMHEAT® integriert zwei Modelle, um eine vorausblickende Simulation anzubieten: ein phänomenologisches und ein thermomechanisches Modell.
Partner einer der führenden Anbieter von Abschreckmitteln
Transvalor und Quaker Houghton, führender Hersteller für industrielle Prozessfluide für die Metall- und metallverarbeitenden Märkte, arbeiten an gemeinsamen Projekten zur Leistungsverbesserung von Abschreck- und Schmiermitteln.
Durch dieses Partnerabkommen kann Transvalor den vorhersehbaren Zustand von mit SIMHEAT® durchgeführten Wärmebehandlungssimulationen stetig verbessern.
Mehr über dieses Partnerabkommen erfahren>>
