EcoForge: Energieeffiziente Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungs-Schmiedebauteilen* Translated title: EcoForge: Energy-Efficient Process Chain of a Production of High Forging Parts

Kurzfassung

In der “Leittechnologie für Morgen – Ressourceneffiziente Prozesskette für Hochleistungsbauteile” (EcoForge) wird eine verkürzte Schmiedeprozesskette für Hochleistungsbauteile entwickelt, die Energie-Einsparungen von > 30 % ermöglicht. Diese Prozesskette wird für hochfeste duktile bainitische Stähle (HDB) optimiert. Dies geschieht, indem unter direkter Ausnutzung der Schmiedewärme unmittelbar an den Schmiedeprozess eine auf den Stahl zugeschnittene Wärmebehandlung vorgenommen wird. Dabei wird die Gefügeumwandlung im Bauteil durch eine neuartige Hochtemperatur-Wirbelstromtechnik während der Abkühlung ermittelt. Die Messsignale werden online erfasst und stehen zur Steuerung der Temperaturführung im Abkühlpfad zur Verfügung. Noch während der Wärmebehandlung, insbesondere der isothermen Wärmebehandlung im Gebiet des Bainits und in ihrem Anschluss, werden weitere Bearbeitungsschritte wie die Heißzerspanung und die Lauwarmumformung vorgenommen. Die Bearbeitungsschritte finden bei Bauteiltemperaturen von ca. 300–500 °C statt. Diese hohen Temperaturen ermöglichen die Bearbeitung des Zielgefüges bei reduzierten mechanischen Belastungen der Werkzeuge. Die erzeugten Mikrostrukturen werden mittels einer neuentwickelten REM-Bildanalyseroutine quantitativ charakterisiert. Simultan zu den experimentellen Untersuchungen wird die gesamte Prozesskette numerisch abgebildet und die Gefügeevolution der Schmiedebauteile im Prozess simuliert.

Abstract

In the project “EcoForge: Resource-efficient process chains for high performance parts” a new efficient forging process chain is developed, which allows a saving in energy of more than 30 %. This process chain will be optimized for high-strength ductile bainitic steel (HDB). The forging heat is directly utilized to substitute reheating process steps by a controlled heat treatment. The microstructural transformation is controlled by the use of a flexible spray field. Simultaneously the microstructural state is detected by an eddy current sensor. This detection is in-situ and online. The heat treatment is followed by further process steps, such as machining and forging at elevated temperatures. These process steps are performed in a temperature range of 300–500 °C in order to decrease the mechanical forces impacting on forging and cutting tools. The created microstructures are quantitatively investigated by a newly developed SEM-image analysis routine. Simultaneous to the experimental analyses, detailed numerical investigations are performed to simulate the microstructural evolution and the whole process chain by means of suitable numerical models.