The present work investigates the residual stress formation and the evolution of phase fractions during the quenching process of cylindrical specimens of different sizes. The cylinders are made of hot-work tool steel grade X36CrMoV5-1. A phase transformation kinetic model in combination with a thermomechanical model is used to describe the quenching process. Two phase transformations are considered for developing a modelling scheme: the austenite-to-martensite transformation and the austeniteto-bainite transformation. The focus lies on the complex austenite-to-bainite transformation which can be observed at low cooling rates. For an appropriate description of the phase transformation behaviour nucleation and growth of bainite are taken into account. The thermomechanical model contains thermophysical data and flow curves for each phase. Transformation induced plasticity (TRIP) is modelled by considering phase dependent Greenwood-Johnson parameters for martensite and bainite, respectively. The influence of component size on residual stress formation is investigated by the finite element package Abaqus. Finally, for one cylinder size the simulation results are validated by X-ray stress measurements.
KurzfassungDas induktive Anlassen bekommt aufgrund der kurzen Prozesszeiten und der dadurch wirtschaftlicheren Produktionsmöglichkeiten vor allem bei Stabmaterial eine immer größere Bedeutung. Allerdings kommt es durch die schnelle Erwärmung und die kurzen Haltedauern zu einer veränderten Ausscheidungskinetik und dadurch zu einem unterschiedlichen Härte-Anlass-Verhalten gegenüber einer konventionellen Wärmebehandlung. Des Weiteren tritt bei der induktiven Erwärmung das Problem des sogenannten “Skin-Effekts“ auf, welcher bei schlechter Prozesssteuerung zu einer überhöhten Randtemperatur, verglichen mit der im Kern, führt. Diese prozessbedingten Charakteristika erschweren das Verständnis der Auswirkung des Prozesses auf die Mikrostruktur des untersuchten Vergütungsstahles. Diese Arbeit möchte daher mithilfe eines kombinierten Ansatzes aus Experimenten an einer Laborinduktionsanlage und Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) die Optimierung bzw. individuelle Feineinstellung von induktiven Anlassvorgängen für Stab-Geometrien aus dem betrachteten Werkstoff aufzeigen. Dazu wurde mittels FEM-Simulationen die zeitliche Entwicklung des Temperaturfeldes im Werkstück berechnet und diese mit experimentellen Resultaten zu Mikrostruktur, Härte und Zähigkeit in Verbindung gebracht.
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