Experimentelle und numerische Untersuchung des induktiven Anlassens eines Vergütungsstahles* Translated title: Experimental and Numerical Analysis of the Inductive Tempering of a QT-Steel

Kurzfassung

Das induktive Anlassen bekommt aufgrund der kurzen Prozesszeiten und der dadurch wirtschaftlicheren Produktionsmöglichkeiten vor allem bei Stabmaterial eine immer größere Bedeutung. Allerdings kommt es durch die schnelle Erwärmung und die kurzen Haltedauern zu einer veränderten Ausscheidungskinetik und dadurch zu einem unterschiedlichen Härte-Anlass-Verhalten gegenüber einer konventionellen Wärmebehandlung. Des Weiteren tritt bei der induktiven Erwärmung das Problem des sogenannten “Skin-Effekts“ auf, welcher bei schlechter Prozesssteuerung zu einer überhöhten Randtemperatur, verglichen mit der im Kern, führt. Diese prozessbedingten Charakteristika erschweren das Verständnis der Auswirkung des Prozesses auf die Mikrostruktur des untersuchten Vergütungsstahles. Diese Arbeit möchte daher mithilfe eines kombinierten Ansatzes aus Experimenten an einer Laborinduktionsanlage und Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) die Optimierung bzw. individuelle Feineinstellung von induktiven Anlassvorgängen für Stab-Geometrien aus dem betrachteten Werkstoff aufzeigen. Dazu wurde mittels FEM-Simulationen die zeitliche Entwicklung des Temperaturfeldes im Werkstück berechnet und diese mit experimentellen Resultaten zu Mikrostruktur, Härte und Zähigkeit in Verbindung gebracht.

Abstract

Inductive tempering is of increasing interest for the processing of rod materials due to the short processing times and the economically favorable production possibilities. Nevertheless, the high heating rates and the short holding times at tempering temperature lead to changing precipitation kinetics which leads to different tempering hardness compared to a conventional oven tempering. Additionally, the phenomenon of the “skin effect” occurs, which can lead to a higher surface temperature compared to the core temperature. This can only be prevented through optimized process control, which is difficult since the process is very complex and several influencing parameters, such as geometry of the material have to be considered. This work tries to give an insight on these influencing factors by combining experimental data with a finite element analysis (FEM). Using FEM the temperature field within the workpiece is simulated and compared to the results of microstructure, hardness and toughness acquired with the experiments, which are conducted using a lab scale induction generator.