Mathematische und physikalische Simulation von Gefügevorgängen im Stahl während eines vielstufigen Axial-Radial-Umformprozesses:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
Stahleisen
1996
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Bd. 66 |
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| adam_text | Titel: Mathematische und physikalische Simulation von Gefügevorgängen im Stahl während eines vielstufige
Autor: Müller, Peter M
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Mathematische und physikalische Simulation von Gefügevorgängen im Stahl während eines vielstufigen Axial-Radial-Umformprozesses Peter Michael Müller
III Inhaltsverzeichnis Verwendete Bezeichnungen und Symbole........................V 1 Einleitung......................................... 1 2 Aufgabenstellung .................................... 3 3 Stand der Kenntnisse.................................. 5 3.1 Austenitkornwachstum bei der Austenitisierung.............. 5 3.2 Ver- und Entfestigung bei der Warmumformung............. 9 3.2.1 Erholung................................... 10 3.2.2 Rekristallisation............................... 11 3.3 Umwandlungsvorgänge ............................ 18 3.3.1 Ferritbildung ................................ 18 3.3.2 Perlitbildung................................. 20 3.3.3 Bainitbildung ................................ 20 3.4 Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit von der Gefügeausbildung . . 23 3.4.1 Ferrit..................................... 23 3.4.2 Perlit ..................................... 24 3.4.3 Bainit.................................... 27 4 Versuchsmethodik ................................... 29 4.1 Versuchswerkstoffe............................... 29 4.2 Verfahren für die Simulation der Warmumformung ........... 30 4.3 Warmumformsimulation am WUMSI.................... 30 4.4 Meßwerterfassung................................ 32 4.5 Bestimmung der Vergleichsformänderungsverteilung .......... 36 4.6 Metallographie und Sekundärprobenentnahme............... 36 5 Axial-Radial-Umformverfahren............................ 39 5.1 Verfahrensprinzip................................ 39 5.2 Prozeßbedingungen für den Vergleichsknoten während der Axial-Radial- Umformung ................................... 39 5.3 Umformparameter für die WUMSI-Versuche............... 41 5.4 Ermittlung der Abkühlgeschwindigkeit nach der Umformung ..... 44
IV Simulation von Gefügevorgängen 6 Vergleich verschiedener Verfahren zur Aufnahme von Fließkurven..... 49 6.1 Grundlagen................................... 49 6.2 Versuchsdurchführung ............................ 53 6.3 Versuchsergebnisse.............................. 54 7 Gefügemodell ..................................... 59 7.1 Austenitkornwachstum ............................ 59 7.1.1 Experimentelle Durchführung ..................... 59 7.1.2 Versuchsergebnisse............................ 59 7.1.3 Modellierung des Kornwachstums .................. 62 7.2 Rekristallisationsverhalten.......................... 64 7.2.1 Versuchsdurchführung.......................... 65 7.2.2 Rekristallisationsbereiche ........................ 66 7.2.3 Bestimmung der Aktivierungsenergie Q w .............. 68 7.2.4 Mathematische Modellierung der rekristallisierten Korngröße . . 69 7.2.5 Kornwachstum nach der Rekristallisation .............. 72 7.2.6 Anwendung des Modells auf einen vielstufigen Umformprozeß . 73 7.3 Entfestigungsverhalten ............................ 76 7.3.1 Ermittlung der Verfestigung S..................... 76 7.3.2 Temperaturkompensierte Zeit...................... 79 7.3.3 Modellierung der Kinetik der (Rest-)Verfestigung S........ 80 7.3.4 Mathematische Umrechnung der (Rest-)Verfestigung für anisotherme Prozesse .......................... 85 8 Einfluß der Umform- und Abkühlbedingungen auf die mechanischen Eigenschaften ......................................... 87 8.1 Ergebnisse für den Werkstoff 16 MnCr 5 ................ 87 8.1.1 Einfluß der rekristallisierten Austenitkorngröße .......... 87 8.1.2 Einfluß der (Rest-)Verfestigung und Abkühlgeschwindigkeit auf Gefügeausbildung und mechanische Eigenschaften......... 89 8.1.3 Gebrochene Abkühlung ......................... 95 8.1.4 Vergleich der erzielbaren mechanischen Eigenschaften ...... 97 8.2 Mechanische Eigenschaften für den Stahl 42 CrMo 4
......... 99 8.2.1 Direktkühlung............................... 99 8.2.2 Vergütung ................................. 104 9 Zusammenfassung................................... 108 10 Literatur 113
Verwendete Bezeichnungen und Symbole V Verwendete Bezeichnungen und Symbole d Korngröße I/rm] d « Ferritkorndurchmesser [um] d 7 Austenitkorngröße [/nm| d 7 0 Ausgangsaustenitkorngröße [jum| d 7 dyn dynamisch rekristallisierte Korngröße l/nn| f n Ferritanteil im Gefüge fp Perlitanteil im Gefüge k f Fließspannung [MPa] k f0 Fließgrenze [MPa] k fs stationäre Fließspannung [MPa] ]/ fmax maximale Fließspannung [MPa] k f,T Fließspannung bei der Temperatur T [MPa] k fO,T Fließspannung eines vollständig entfestigten Werkstoffes bei der Temperatur T [MPa] k s Korngrenzenwiderstand für Perlit [MPa /xm 1/2 ] k y Korngrenzenwiderstand für Ferrit [MPa /xm 1/2 ] N d Perlitkorndurchmesser [jum] P Perlitkoloniegröße [/im] V Umformgrad V k kritischer Mindestumformgrad für das Einsetzen dynamischer Rekristallisation V s Umformgrad zu Beginn des stationären Bereichs ^max Umformgrad bei maximaler Fließspannung V Teilumformgrad eines Umformstiches in einer Umformsequenz V’eff für die Rekristallisation wirksamer Umformgrad P Umformgeschwindigkeit [s‘l Q Aktivierungsenergie [kJ moF 1 ] Qw Aktivierungsenergie für die Warmumformung [kJ mol 1 ] Qrv Aktivierungsenergie für die Entfestigung durch Erholung [kJ mol 1 ] Qkw Aktivierungsenergie für das Kornwachstum [kJ moF 1 ]
VI Simulation von Gefügevorgängen R allgemeine Gaskonstante [kJ moP K 1 ] R p0,2 Dehngrenze [MPa] R m Zugfestigkeit [MPa] So Perlitlamellenabstand l/rrn] T absolute Temperatur [Kl â Temperatur [°C] U mformtemperatur [°C] ¿E Endumformtemperatur [°C] f Abkühlgeschwindigkeit [K s 1 ] t Zeit [s] Pausen- oder Haltezeit [s] £ h Haltezeit für das Kornwachstum [min] ho% Zeit für Abbau der Verfestigung um 50% |s] %q äquivalente isotherme Zeit Ls] l Z Zementitlamellendicke [ftm] ^dyn dynamisch rekristallisierter Anteil im Gefüge ?^stat statisch rekristallisierter Anteil im Gefüge z Zener-Hollomon-Parameter [s 1 ] AT Unterkühlung unter die Gleichgewichtstemperatur [Kl kp.kji werkstoffabhängige Konstanten
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