TY - THES

T1 - FE-Simulation zur Vorhersage von Phasenspannungen mit dem Ziel der Vermeidung von Härterissen während der Wärmebehandlung

AU - Posch, Christian

N1 - gesperrt bis 14-08-2021

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die Wärmebehandlung (WBH) ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Einstellung von Materialeigenschaften. Im Zuge des Wärmebehandlungsprozesses von großen Stahlwellen kann es zur Schädigung und somit zum Ausfall von Bauteilen kommen. Wasserstoff spielt hierbei in Kombination mit Eigenspannungen, die bei der WBH auftreten, eine wesentliche Rolle. Ein weiterer Einflussfaktor für das Auftreten dieser sogenannten wasserstoffnduzierten Spannungsrisskorrosion ist die Beschaffenheit der Mikrostruktur. Hierbei sind es speziell harte Phasen, die sehr anfällig auf diese Art von Schädigung reagieren. Diese Phasen können durch geseigerte, und daher sehr umwandlungsträge Bereiche entstehen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, mit Hilfe des FE-Paketes ABAQUS das Schädigungspotential der Spannungsrisskorrosion während der WBH abzuschätzen. Dazu werden Eigenspannungen 1. und 2. Art berechnet und untersucht. Die Eigenspannungen 1. Art werden dabei in einem Makromodell berechnet. Diese Resultate sind nun Grundlage für die Berechnung der Spannungen 2. Art in einem Mikromodell. Auf Basis der Simulationsergebnisse werden Prozessführungen abgeleitet, die das Schädigungsrisiko der Wärmebehandlung absenken. Einen vielversprechenden Ansatz zur Vermeidung von Härterissen beim Perlitisieren liefert eine etwas raschere Abkühlung als im vorliegenden Standardprozess. Dadurch kann die durch Diffusion bedingte Anreicherung von Wasserstoff in die Seigerungszonen stärker unterbunden und die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung gesenkt werden. Im Gegensatz hierzu empiehlt sich beim Vergüten der Stahlwellen eine weniger schroffe Abkühlung als jene mit Wasser, da hier die Fraktion an Härtephasen schädigungsbestimmend ist. Zusätzlich lässt sich durch geeignetes Spannungsdesign bei Wellen mit kleinerem Durchmesser der Ort und die Höhe des Spannungsmaximus durch die Variation des Wärmeübergangskoeffzienten verschieben, sodass schädigungskritische Bereiche entlastet werden können.

AB - Die Wärmebehandlung (WBH) ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Einstellung von Materialeigenschaften. Im Zuge des Wärmebehandlungsprozesses von großen Stahlwellen kann es zur Schädigung und somit zum Ausfall von Bauteilen kommen. Wasserstoff spielt hierbei in Kombination mit Eigenspannungen, die bei der WBH auftreten, eine wesentliche Rolle. Ein weiterer Einflussfaktor für das Auftreten dieser sogenannten wasserstoffnduzierten Spannungsrisskorrosion ist die Beschaffenheit der Mikrostruktur. Hierbei sind es speziell harte Phasen, die sehr anfällig auf diese Art von Schädigung reagieren. Diese Phasen können durch geseigerte, und daher sehr umwandlungsträge Bereiche entstehen. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, mit Hilfe des FE-Paketes ABAQUS das Schädigungspotential der Spannungsrisskorrosion während der WBH abzuschätzen. Dazu werden Eigenspannungen 1. und 2. Art berechnet und untersucht. Die Eigenspannungen 1. Art werden dabei in einem Makromodell berechnet. Diese Resultate sind nun Grundlage für die Berechnung der Spannungen 2. Art in einem Mikromodell. Auf Basis der Simulationsergebnisse werden Prozessführungen abgeleitet, die das Schädigungsrisiko der Wärmebehandlung absenken. Einen vielversprechenden Ansatz zur Vermeidung von Härterissen beim Perlitisieren liefert eine etwas raschere Abkühlung als im vorliegenden Standardprozess. Dadurch kann die durch Diffusion bedingte Anreicherung von Wasserstoff in die Seigerungszonen stärker unterbunden und die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung gesenkt werden. Im Gegensatz hierzu empiehlt sich beim Vergüten der Stahlwellen eine weniger schroffe Abkühlung als jene mit Wasser, da hier die Fraktion an Härtephasen schädigungsbestimmend ist. Zusätzlich lässt sich durch geeignetes Spannungsdesign bei Wellen mit kleinerem Durchmesser der Ort und die Höhe des Spannungsmaximus durch die Variation des Wärmeübergangskoeffzienten verschieben, sodass schädigungskritische Bereiche entlastet werden können.

KW - Wärmebehandlung

KW - Eigenspannungen

KW - Finite-Elemente

KW - Heat Treatment

KW - Eigenstresses

KW - Finite-Element

M3 - Masterarbeit

ER -