Simulation instationärer Temperatur-, Konzentrations-, Gefüge-, Spannungs- und Deformationsverteilungen bei der Härtung beliebig 3-dimensionaler Stahlbauteile

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Das Verständnis für die bei der Härtung und Einsatzhärtung von Stählen ablaufenden Vorgänge ist hinsichtlich der Eigenspannungs- und Verzugsausbildung sowohl von großer grundlagenorientierter als auch industrieller Bedeutung. Die in den letzten zwei Jahrzehnten durchgeführten systematischen Untersuchungen zur Simulation der Stahlhärtung machen deutlich, daß die physikalisch fundierte Modellierung der Wärmeleitung, des Wärmeübergangs zwischen Bauteil und Umgebungs- bzw. Abschreckmedium, möglicher Phasenumwandlungen und des mechanischen Werkstoffverhaltens sowie der der Wechselwirkungen dieser Einflußgrößen untereinander notwendig ist, um eine gute Übereinstimmung von Simulation und Experiment zu erhalten. Dabei spielt die realitätsnahe Erfassung der Randbedingungen eine entscheidende Rolle. Dies gilt insbesondere für Bauteile, die nicht rotationssymmetrisch sind. Um hier Fortschritte zu erzielen, soll nun im beantragten Vorhaben eine Finite-Elemente-Programm weiterentwickelt werden, mit dem die Simulation sowohl des Härtungs- als auch des Einsatzhärtungsprozesses von Stählen auch bei beliebig dreidimensionalen Bauteilen möglich ist. Zusätzlich sollen verifizierende experimentelle Untersuchungen an unterschiedlichen, nicht-rotationssymmetrischen Probengeometrien aus verschiedenen Stählen mit der am Institut für Werkstoffkunde I entwickelten Abschreckanlagen durchgeführt werden. Der Vergleich von Simulation und Experimente soll zu einem vertiefenden Verständnis der beim Abschrecken ablaufenden Vorgänge beitragen.