Fachartikel
Simulationsunterstützte Auslegung von gegossenen ADI-Bauteilen
Modellentwicklung zur Simulation der Wärmebehandlung von ADI
von Mathias Bodenburg, Erik Hepp und Vitalii Hurevitch, Aachen, Carl-Justus Heckmann und Ulrich Petzschmann, Düsseldorf
ADI-Werkstoffe (austenitisch-ferittisches Gusseisen) sind eine Werkstoffgruppe, die aufgrund ihrer Eigenschaftskombinationen anspruchsvolle Anwendungsmöglichkeiten bieten. Die große Abhängigkeit von Prozessgestaltung und Werkstoffeigenschaften führt jedoch zu einer unbefriedigenden Akzeptanz bei den Konstrukteuren und damit zu einem geringen Anwendungsgrad. Grundlage für eine substanzielle Verbreiterung des Einsatzes von ADI ist daher eine vorhersagbare Prozessgestaltung. Das Gesamtziel des BMBF-Forschungsvorhabens „LEA – Leichtbau mit gegossenen ADI-Bauteilen“ war daher die konsequente Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von ADI-Bauteilen durch die Entwicklung von virtuellen Werkzeugen zur gezielten Einstellung der ADI-Werkstoffeigenschaften und einer vorhersagbaren Prozessgestaltung inklusive des Betriebsverhaltens.
Im Vorhaben wurden hierzu insbesondere Modelle zur Simulation der Wärmebehandlung zur Herstellung von ADI entwickelt und mit Hilfe ausgewählter Demonstratorbauteile auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Die durchgeführten Untersuchungen haben einerseits deutliche Fortschritte im Verständnis des Werkstoffes ADI erbracht, anderseits ist es gelungen, das angestrebte Ziel, den Werkstoff auch für Bauteile mit größeren Wanddicken im Bereich bis 200 mm herzustellen, zu erreichen.
Die durchgeführten praxisnahen Versuche haben die Erkenntnis erbracht, dass nicht nur die eingestellte Salzbadtemperatur, sondern auch die Masse mit dem resultierenden Wärmefluss und die Behandlungsdauer im Salzbad, die Werkstoffeigenschaften stärker beeinflussen als bisher angenommen. Dadurch ist es deutlich besser als in der Vergangenheit möglich, auf Fehler einzuwirken bzw. diese in der Arbeitsplanung zu vermeiden. Des Weiteren können mit allen neu erworbenen Erkenntnissen Bauteileigenschaften besser vorhergesagt werden. Wie der Vergleich mit den Demonstratorbauteilen zeigt, ist es notwendig, die Wärmebehandlung mit einer guten Übereinstimmung zu simulieren.
Autoren: Dipl.-Ing. Mathias Bodenburg, Dipl.-Ing. Erik Hepp, Vitalii Hurevitch, Magma GmbH, Aachen, Dr.-Ing. Carl-Justus Heckmann und Dipl.-Ing. Ulrich Petzschmann, IfG gGmbH, Düsseldorf
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