Simulation des Abschreckhärtens mittels Sprühkühlung – Wärmeübergang, Gefüge und Härte

Abstract

Kurzfassung Das Randschichthärten aus der Umformwärme ist eine Wärmebehandlung, die eine Prozesskettenverkürzung bei der Herstellung präzisionsgeschmiedeter Bauteile unter gleichzeitiger Einsparung von Energie und Zeit ermöglicht. Geeignet für diese Wärmebehandlung sind Vergütungsstähle. Als Abkühlverfahren kann eine Sprühkühlung verwendet werden, da sich mit dieser der Wärmeübergang beim Abschrecken gezielt variieren lässt. In Abhängigkeit der lokalen Abkühlgeschwindigkeit wird so ein Härtegradient in dem Werkstoff erzeugt. Die experimentelle Prozessauslegung der Randschichthärtung aus der Umformwärme bedingt einen hohen Versuchsaufwand, sodass die Simulation der Bauteilabkühlung mit daran gekoppelter Berechnung von Gefügeumwandlungen und Härte eine Zeit- und Kostenreduzierung verspricht. Um eine solche Berechnung zu realisieren, wurden Messungen des Wärmeübergangskoeffizienten bei der Sprühkühlung durchgeführt, entwickelte Algorithmen zur Härteberechnung an der Simulation des Stirnabschreckversuches verifiziert und eine Berechnung der Randschichthärtung präzisionsgeschmiedeter Zahnräder durchgeführt.