Computer simulation of warm forging of a Nb-microalloyed steel

  • Computersimulation des Warmschmiedeprozesses eines Nb-mikrolegierten Stahls

Springer, Phillip; Bleck, Wolfgang (Thesis advisor); Palkowski, H. (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2017

Kurzfassung

Schmieden ist einer der Hauptverformungsprozesse, die bei der Herstellung von mechanischen Teilen in einer Vielzahl von Größen und Formen weit verbreitet sind. Das Halbwarmschmieden erfolgt in dem Temperaturbereich zwischen dem Warm- und Kaltschmieden, wodurch eine gute Umformbarkeit und genaue Abmessungen erreicht werden. Diese Arbeit basiert auf der Hypothese, dass eine detaillierte Kenntnis der Dehnungsratenempfindlichkeit und des Verfestigungsverhaltens des einsatzhärtenden 18CrNiMo7-6-Stahls (mit und ohne Nb-Zugabe) in Verbindung mit der Evolution der Austenitphase in einer handelsüblichen FE-Software realisiert werden kann, um die Schmiedeprozesses im Hinblick auf die Herstellung einer homogenen und raffinierten austenitischen Mikrostruktur. Mithilfe eines dynamisches Materialmodell (DMM) wurden 3D-Polynominal-Funktionen erstellt um Materialkarten zu entwerfen, die einerseits zur Darstellung der dynamische Rekristallisation und Scherbandbildung verwendet und zur Lösung von Problemen im industriellen Maßstab verwendet wurden. Die Wirkung von Nb wurde durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und die Computerkopplung von Phasendiagrammen und thermochemischen Simulationen (CALPHAD) adressiert. Als Pilotstudie wurde das Schmieden eines Kraftfahrzeuggetriebes durchgeführt, um die ursprüngliche Hypothese zu testen. Durch die Anwendung der neuen Subroutinen und des experimentellen Wissens über die Kinetik der dehnungsinduzierten Nb-Ausscheidung wurde das herkömmliche Einstufenschmieden bei hohen Temperaturen durch 5 verschiedene Prozessvariationen ersetzt. Diese Prozesse sind durch zusätzliche Umformungen und/oder Änderung der Prozessparameter gekennzeichnet. Die Ergebnisse wurden diskutiert und mit den Simulationen auf der Grundlage der Wirkung von Nb, der Temperaturführung und Pressgeschwindigkeit und dem Endzustand des Austenit verglichen. Das neue optimierte thermomechanisch gesteuerte Verfahren (TMCP) führte zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Homogenität und Verfeinerung der austenitischen Körner durch kontrollierte dynamische Rekristallisation und damit zur Verringerung der Glühzeit, die erforderlich war, um die gewünschte maschinell bearbeitbare Ferrit-Perlit-Mikrostruktur nach dem Schmieden zu erreichen.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]
  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]

Identifikationsnummern