Thermo-physikalischer Schweiß- und Umformsimulator
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der thermo-physikalische Schweiß- und Umformsimulator leistete wichtige Beiträge bei folgenden ausgewählten Forschungsgegenständen: Wärmebehandlung: Auf dem Gebiet der Erprobung neuer martensitischer hochwarmfester Stähle konnten mit Hilfe des thermophysikalischen Schweiß- und Umformsimulators wichtige grundlegende Erkenntnisse in Bezug auf Verarbeitungs- und Einsatzeigenschaften gewonnen werden. Durch die genaue Temperaturführung konnten Wärmebehandlungsstudien durchgeführt werden, welche individuell auf das untersuchte Material angepasst werden konnten. Diese Proben konnten anschließend an die Wärmebehandlung direkt in der Maschine mechanisch-technologisch unter Zug- und Druckbelastung geprüft werden. Die hohe Flexibilität und Genauigkeit der Maschine erlaubte es eine an die mikrostrukturellen Begebenheiten angepasste Homogenisierungsglühung zu entwickeln. Das Gerät verfügt über die Möglichkeit gezielter Einstellung der Atmosphäre (Schutzgas-/Vakuum-/Partialdruckatmosphäre). Hierdurch konnten Wärmebehandlungstemperaturen bis 1.200°C thermisch simuliert werden ohne Effekten der Entkohlung oder des Leichtelementverlusts zu unterliegen. Die mit Hilfe der physikalischen Simulation entwickelten Wärmebehandlungskonzepte konnten erfolgreich auf konventionellen Schutzgasofenfahrten übertragen werden. Schweißsimulation: Weiterhin konnten mit Hilfe der physikalischen Simulation von Schweißzyklen unterschiedlicher Schweißprozesse, einzelne Bereiche der Wärmeeinflusszone gezielt abgebildet werden. Die jeweiligen Bereiche der Wärmeeinflusszone (Grobkornzone, Feinkornzone, Interkritische Zone) wurden mit Hilfe der entsprechenden Zeit-Temperatur-Verläufe konduktiv im Material erzeugt. Die erzeugten Zustände wurden metallografisch und mechanisch-technologisch charakterisiert. So konnte mit Hilfe des Großgeräts temperaturinduzierte Schwachstellen im Gefüge, wie die Ausbildung der Hochtemperaturphasen, erzeugt werden ohne zeit-und kostenintensive Realschweißungen durchzuführen. Weiterhin konnten unter Variation der t8/5 Zeit Schweißprozesse unterschiedlicher Dynamik physikalisch simuliert werden. Dies diente der Bewertung von prozessabhängigen mikrostrukturellen Veränderungen und der Erzeugung von materialbezogenen Schweißstrategien. Diffusionsschweißen: Durch die Möglichkeit der gezielten Kombination von Kraft und Temperatur konnten Parameterstudien für Diffusionsschweißversuche durchgeführt werden. Diese dienten der Optimierung von Fügezeit, Fügetemperatur und Fügekraft. Mit Hilfe des Großgeräts konnten lange Evakuierungs-, Aufheiz- und Abkühlzeiten, wie sie beim konventionellen Diffusionsschweißen üblich sind, umgangen werden. Ein geeignetes Parameterfenster für die Realschweißung konnte somit in kürzester Zeit festgelegt werden. Weiterhin konnten vergleichende Betrachtungen bezüglich des Erwärmungsprinzips des thermophysikalischen Schweiß- und Umformsimulators und der Diffusionsschweißanlage durchgeführt werden. Bestimmung Taylor-Quinney Koeffizient: Die Bestimmung des Anteils plastischer Arbeit, der während einer Umformung in Wärme umgewandelt wird erfolgt mit Hilfe des Taylor-Quinney Koeffizienten. Mit Hilfe der hohen Dynamik und des konduktiven Erwärmungsprinzip des Großgeräts konnten sowohl die Anforderungen an die adiabaten Testbedingungen als auch an die speziell entwickelte Probengeometrie erfüllt werden. Die aus hochdynamsichen Druckversuchen erzeugten Daten dienten der Ermittlung der Fließkurven, was die Grundlage zur neuartigen Bestimmung des Taylor-Quinney Koeffizient für Stähle der Güte C35 bildete.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Novel Approach for the Determination of the Taylor-Quinney Coefficient, Materials Science Forum, ISSN: 1662-9752
Härtel, Sebastian; Graf, Marcel; Awiszus, Birgit; Abstoss, Kevin Gordon; Hild, Rafael
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.918.103) - Einsatz moderner physikalischer Simulationsmethoden für schweißtechnische Anwendungen im Kraftwerksbau, Tagungsband FüMoTeC 2015, ISBN 978-3-944640-63-1
Nitsche, Alexander; Mayr, Peter
- Einsatz von thermo-physikalischer Simulation für Untersuchungen der Wärmeeinflusszone eines experimentellen 9%-Cr-Stahls, DVS-Berichte Band 320 ISBN: 978-3-945023-57-0
Abstoss, Kevin Gordon; Mayr, Peter
- Entwicklung und Optimierung von MARBN (9Cr-3W-3Co- V-Nb-B-N) Schweißzusätzen, FüMoTeC 2017, Tagungsband ISBN 978-3-96100-034-0
Nitsche, Alexander; Mayr, Peter
- Microstructure Homogenisation in Complex Martensitic Cr Steels, MPA-Seminar: Fit for Future 2017 Tagungsband, Seite 58
Abstoss, Kevin Gordon; Cempura, Gregorz; Mayr, Peter
- Optimierung von Grundwerkstoffgefügen durch thermophysikalische Simulation, FüMoTeC 2017 Tagungsband ISBN 978-3-96100-034-0
Abstoss, Kevin Gordon; Mayr, Peter
- Quantitativer Einfluss des Wärmeeintrags auf die Festigkeitseigenschaften von höherfesten Feinkornbaustählen, DVS-Berichte Band 337 ISBN 978-3-96144-008-5
Hälsig, Andre; Nitsche, Alexander.; Neyka, Sebastian; Mayr, Peter
