Computer Aided Simulation of Heat Treatment (C.A.S.H.) : Teil 2: Bestimmung von Eingabedaten zur FEM-Simulation des Einsatzhärtens ^∗

Kurzfassung

Der Erfolg von Wärmebehandlungssimulationen hängt in ho hem Maße von verlässlichen Eingabedaten, insbesondere den Materialeigenschaften, ab. Zu diesem Zweck wurden im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts C.A.S.H. – Rechnergestützte Vorhersage von Werkstück- und Werkstoffzuständen nach Wärmebehandlung – aufwändige Messungen und Auswertungen für die Stähle 16MnCr5, 20MnCr5, und 18CrNiMo7-6 betrieben. Die Arbeiten beinhalten Messungen mechanischer Kenngrößen wie Streckgrenze, UP-Konstante oder Dehnungen genauso wie thermo-physikalische Größen. Darüber hinaus wurde das Umwandlungsverhalten untersucht und auf Basis des Johnson-Mehl-Avrami- und des Leblond-Modells beschrieben. Zugversuche, auch an unterkühltem Austenit, wurden auf einem speziell da-für umgebauten Versuchsstand durchgeführt. Hier werden ausgewählte Ergebnisse für den Stahl 20MnCr5 präsentiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Vorstellung einer neuartigen Auswertung und Beschreibung thermischer Dehnungen auf der Basis von Dilatometerversuchen. Dabei wird zum ersten Mal die Dichteänderung durch Aufkohlung berücksichtigt und erklärt, wie diese in die Anpassung von Dilatometerkurven von Proben mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt einfließen sollte.

Abstract

Successful simulation of heat treatment depends indispensably on a reliable description of the material properties. For this sake, considerable measurements and evaluations have been performed on the steels 16MnCr5, 20MnCr5, and 18CrNiMo7-6, which were used for simulation and accompanying experiments in the project “Computer Aided Simulation of Heat Treatment – C.A.S.H”. These works include measurements on mechanical characteristics such as for instance elastic modulus, tensile strength, transformation plasticity, strains, as well as thermo physical data. Furthermore, phase transformations have been measured and described based on a Johnson-Mehl-Avrami and Leblond type model. Tensile tests have been performed on a novel type of testing machine, which has been developed in the course of the project. In this paper, selected results for 20MnCr5 will be presented. A major aspect is a novel evaluation method for thermal strains extracted from dilatometry data. For the first time, this method takes into account the length change due to carburization of the dilatometry samples, and provides practical instructions for the alignment of dilatometry curves recorded on steels with different carbon content.