High pressure gas quenching is a process for the hardening of steel parts which allows flexibility of operations, a reduced environmental impact, and a potential for controlling distortions. However this process remains mainly devoted to carburizing process or to low cooling rates quenching. Modelling offers an interesting path for extending the applications for gas quenching and optimizing the process. An original numerical tool coupling fluid flow, heat transfer and phase transformations has been developed by coupling both numerical codes Fluent and Sysweld. First, the choice of the turbulence model used for the fluid flow calculation with Fluent is discussed for a simple geometry for which lots of experimental results exist in the literature. Then, an application example for cooling of a C80 steel cylinder is presented, focusing on the analysis of the influence of phase transformations on the evolution of the heat transfer coefficient with wall temperature.
Der Hochdruckgasabschreckprozess, der sich in den letzten Jahren immer weiter entwickelt hat, liefert dem Anwender Flexibilität, Umweltfreundlichkeit und ein Potenzial für die Kontrolle des Bauteilverzugs. Dieser Prozess wird aber meistens nur für ziemlich niedrige Abkühlgeschwindigkeiten (wie z.B. nach dem Aufkohlen) eingesetzt. Die numerische Simulation erlaubt es, Lösungen zu identifizieren, um die Anwendungspotenziale des Gasabschreckens zu erweitern und den Prozess zu optimieren. Ein numerisches Werkzeug, das Gasstrom, Wärmefluss und Phasenumwandlungen koppelt, wurde durch die Kopplung der Berechnungsprogramme Fluent und Sysweld entwickelt und wird hier vorgestellt. Die für die Gasstromberechnung angewendeten Bedingungen, hauptsächlich das Turbulenzmodell, werden zuerst für eine einfache Geometrie berücksichtigt, für die es zahlreiche experimentelle Ergebnisse in der Literatur gibt. Als Anwendungsbeispiel wird das Abkühlen eines C80-Stahlzylinders diskutiert. Eine Analyse des Einflusses der Phasenumwandlungen auf den Verlauf des Wärmeübergangskoeffizienten mit der Wandtemperatur des Werkstückes wird im Besonderen durchgeführt.