Simulation des Einsatzhärtens gradiert poröser Bauteile: Materialmodellierung* Translated title: Simulation of Case-Hardening for Graded Porous Components: Material Modelling

Kurzfassung

Um eine porositätsbedingte Durchkohlung von pulvermetallurgisch erzeugten Bauteilen beim Einsatzhärten zu vermeiden, kann der Wärmebehandlung eine mechanische Oberflächenbehandlung vorangestellt werden. Dabei wird die durchgängig offene Porosität in eine verdichtete, gradiert poröse Randschicht überführt. Als Folge der Prozessverkettung werden sowohl das Kohlenstoffprofil als auch die Umwandlungskinetik durch die in der Randschicht vorliegende Porosität bestimmt. Eine Modellierung der Diffusionskinetik ist mittels effektiver Diffusionskoeffizienten möglich. Die Umwandlungskinetik kann auf Basis eines dichte-, kohlenstoff- und temperaturabhängigen Geschwindigkeitskoeffizienten, der das Ergebnis einer mechanismengetriebenen Modellierung ist, beschrieben werden. Zusammen ermöglichen beide Kinetikmodelle eine Simulation der Gefügeentwicklung beim Einsatzhärten randschichtverdichteter, gradiert poröser Bauteile.

Abstract

A new approach for case hardening of powder metallurgical steels is surface densification prior to heat treatment, hence avoiding a carbonisation caused by open porosity. With regard to this process chain the carburizing process as well as the transformation behaviour is dominated by the porosity. The diffusion kinetic can be modelled by effective diffusion coefficients. The transformation behaviour is described by a density, carbon and temperature dependent kinetic coefficient. This approach is mechanism driven without any claim to describe physical processes in detail. Together, both models enable to simulate the microstructure evolution during case hardening of surface densified, graded porous components.