Temperature and Stress Distribution during Quenching of Al-7Si-0.4Mg: Simulation and Experimental Verification

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

In den letzten zwanzig Jahren wurden die Aluminiumgusslegierungen in großem Umfang eingesetzt, um schwere Metalle zu ersetzen. Grund dafür war den finanziellen und politischen Druck, den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen zu senken. Die Aluminiumgusslegierungen können wärmebehandelt werden, um bessere mechanische Eigenschaften zu erhalten. Daher muss der Wärmebehandlungsprozess ordnungsgemäß durchgeführt werden, um Al-Legierungen, mit längerer Lebensdauer, höhere Duktilität und höherer Festigkeit zu entwickeln, ohne ihre chemische Zusammensetzung zu verändern. Es ist bekannt, dass während des Wärmebehandlungsprozesses (nach dem Abschrecken) Eigenspannungen auftreten, die sich später, wenn das wärmebehandelte Gussteil in Betrieb ist, negativ auf die Dimensionsstabilität und die Dauerfestigkeitseigenschaften auswirken. In dieser Masterarbeit wurden die Lösungstemperatur und -zeit während der Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen unverändert gelassen und der Abschreckprozess untersucht eine Alterung wurde nicht durchgeführt. Dabei wurden zwei unterschiedliche Abschreckungsrichtungen in Betracht bezogen. Der Abschreckprozess wurde auf eine Al-7Si-0.4Mg-Gusslegierung angewandt, und seine Auswirkungen auf die Temperatur- und Spannungsverteilung wurden untersucht. Die Proben wurden sechs Stunden lang bei 540°C im Ofen gelagert und danach in kaltem Wasser abgeschreckt. Der Abschreckprozess wurde mit der kommerziellen Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationssoftware AVL FIRE M™ untersucht. Es ist zu beachten, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit während des Abschreckens, je nach Abschreckungsrichtung variiert. Es wurde eine erhebliche Ungleichmäßigkeit in der Temperaturverteilung innerhalb der Struktur beobachtet, die auf eine Dampfblasenbildung und den dadurch Wärmeeinfluss beruht. Auf der Grundlage der Temperaturverteilung wurden die Spannungen und Verformungen innerhalb der wärmebehandelten Teile berechnet. Die erzielten Simulationsergebnisse wurden mit verfügbaren Messdaten in verschiedenen Orientierungen entlang der unterschiedlich geformten Teile verglichen. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen Daten und den Simulationsergebnissen erzielt, was eindeutig darauf hindeutet, dass der Echtzeit-Abschreckprozess von Aluminiumlegierungsteilen mit der Wasser- und Dampfphase mit dem kommerziellen CFD-Code AVL FIRE M™ simuliert werden kann. Nach der Abschrecksimulation wurde eine Festkörper-Spannungsanalyse mit dem AVL FIRE M™-Simulationsprogramm durchgeführt und die Ergebnisse mit der Röntgenbeugungs-Spannungsanalyse (XRD) verglichen.

Details

Titel in ÜbersetzungTemperatur- und Spannungsverteilung beim Abschrecken von Al-7Si-0.4Mg: Simulation und experimentelle Verifizierung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung1 Juli 2022
StatusVeröffentlicht - 2022