TY - THES

T1 - Thermomechanische Simulation des Härteprozesses von wärmebehandelten Grobblechen

AU - Bacher, Bernhard

N1 - gesperrt bis 27-04-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Bei der Herstellung von Grobblechen wird prinzipiell zwischen den Produktionsrouten “Thermomechanisches Walzen mit anschließender beschleunigter Abkühlung“ sowie “Warmwalzen mit anschließender Wärmebehandlung“ unterschieden. Im ersten Fall wird unmittelbar nach dem Warmwalzprozess das Walzgut in einer Schnellkühlanlage auf die gewünschte Kühlstopptemperatur abgekühlt, die mechanischen Eigenschaften werden durch die Temperaturführung beim Walzen und Kühlen bestimmt. Im zweiten Fall dient das Warmwalzen nur der geometrischen Formgebung, die mechanischen Eigenschaften des Bleches werden in einer nachfolgenden Wärmebehandlung eingestellt (“Quette“). Der Abkühlvorgang in der Quette verursacht dabei im Blech einen Eigenspannungszustand, der mit einem Modell berechnet werden soll. In dieser Arbeit wird die Fragestellung, inwieweit die komplexe 3-dimensionale Situation, bedingt durch das Klemmsystem der Quette, auf ein 1-dimensionales Streifenmodell reduziert werden kann, untersucht. Eine schnelle Berechnung des Eigenspannungszustandes erlaubt in Zukunft die Bestimmung optimierter Fahrweisen (z.B. Wassermengenverteilung oben/unten) über das Prozessrechnersystem der Quette. Dazu wurden drei unterschiedliche Finite-Elemente-Modelle verwendet und miteinander verglichen. Mit dem FEM-Paket Abaqus wurde ein 3D-Modell einer repräsentativen Zelle des Blechs generiert und mit einem vereinfachten Streifenmodell verglichen. Diese Modelle wurden wiederum mit einem bereits bestehenden 1D-Matlab-Modell abgeglichen. Das 1D-Modell ist ̈außerst effizient und kann durch eine stark reduzierte Anzahl an Freiheitsgraden im Vergleich zu den Abaqus Modellen die Berechnung in extrem kurzer Zeit ausführen. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeit ist es, den Nachweis der Korrelation der Modelle zueinander zu erbringen, um in weiterer Folge im Prozessrechnersystem eingesetzt werden zu können. Für die Modellierung des Prozesses sind dabei folgende physikalische Aspekte wichtig: Durch die feste Einspannung des jeweiligen Blechs in der Anlage sind die geometrischen Randbedingungen vorgegeben, das Blech kann sich nicht verwölben, was ein anderes Eigenspannungsbild als in einer Schnellkühlanlage zur Folge hat. Die Abkühlbedingungen an der Ober- und Unterseite sind unterschiedlich, was eine unsymmetrische Ausprägung der Eigenspannungsverläufe über die Blechdicke bewirkt. Auf der Oberseite des Bleches muss das aufgebrachte Wasser entlang der Breitenrichtung abfliessen. Auf der Unterseite fällt das Wasser nach dem Kontakt mit dem Blech in den Sammelbehälter zurück. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf den Eigenspannungsverlauf hat die Phasenumwandlung des Materials vom Austenit in die Produktphase. Hier ist besonders auf die transformationsinduzierte Plastizit ̈at zu achten.

AB - Bei der Herstellung von Grobblechen wird prinzipiell zwischen den Produktionsrouten “Thermomechanisches Walzen mit anschließender beschleunigter Abkühlung“ sowie “Warmwalzen mit anschließender Wärmebehandlung“ unterschieden. Im ersten Fall wird unmittelbar nach dem Warmwalzprozess das Walzgut in einer Schnellkühlanlage auf die gewünschte Kühlstopptemperatur abgekühlt, die mechanischen Eigenschaften werden durch die Temperaturführung beim Walzen und Kühlen bestimmt. Im zweiten Fall dient das Warmwalzen nur der geometrischen Formgebung, die mechanischen Eigenschaften des Bleches werden in einer nachfolgenden Wärmebehandlung eingestellt (“Quette“). Der Abkühlvorgang in der Quette verursacht dabei im Blech einen Eigenspannungszustand, der mit einem Modell berechnet werden soll. In dieser Arbeit wird die Fragestellung, inwieweit die komplexe 3-dimensionale Situation, bedingt durch das Klemmsystem der Quette, auf ein 1-dimensionales Streifenmodell reduziert werden kann, untersucht. Eine schnelle Berechnung des Eigenspannungszustandes erlaubt in Zukunft die Bestimmung optimierter Fahrweisen (z.B. Wassermengenverteilung oben/unten) über das Prozessrechnersystem der Quette. Dazu wurden drei unterschiedliche Finite-Elemente-Modelle verwendet und miteinander verglichen. Mit dem FEM-Paket Abaqus wurde ein 3D-Modell einer repräsentativen Zelle des Blechs generiert und mit einem vereinfachten Streifenmodell verglichen. Diese Modelle wurden wiederum mit einem bereits bestehenden 1D-Matlab-Modell abgeglichen. Das 1D-Modell ist ̈außerst effizient und kann durch eine stark reduzierte Anzahl an Freiheitsgraden im Vergleich zu den Abaqus Modellen die Berechnung in extrem kurzer Zeit ausführen. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeit ist es, den Nachweis der Korrelation der Modelle zueinander zu erbringen, um in weiterer Folge im Prozessrechnersystem eingesetzt werden zu können. Für die Modellierung des Prozesses sind dabei folgende physikalische Aspekte wichtig: Durch die feste Einspannung des jeweiligen Blechs in der Anlage sind die geometrischen Randbedingungen vorgegeben, das Blech kann sich nicht verwölben, was ein anderes Eigenspannungsbild als in einer Schnellkühlanlage zur Folge hat. Die Abkühlbedingungen an der Ober- und Unterseite sind unterschiedlich, was eine unsymmetrische Ausprägung der Eigenspannungsverläufe über die Blechdicke bewirkt. Auf der Oberseite des Bleches muss das aufgebrachte Wasser entlang der Breitenrichtung abfliessen. Auf der Unterseite fällt das Wasser nach dem Kontakt mit dem Blech in den Sammelbehälter zurück. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf den Eigenspannungsverlauf hat die Phasenumwandlung des Materials vom Austenit in die Produktphase. Hier ist besonders auf die transformationsinduzierte Plastizit ̈at zu achten.

KW - FEM-simulation

KW - heavy steel plates

KW - TRIP

KW - residual stress

KW - FEM-Simulation

KW - Grobblech

KW - TRIP

KW - Eigenspannungen

M3 - Masterarbeit

ER -