Opiheat
Optimierung von Umform- und Wärmebehandlungsprozessen für eine wirtschaftliche Gestaltung von Hochlestungswerkstoffen.
Der Trend zu Leichtbau bei immer höherer Leistung und höheren Wirkungsgraden in der Energietechnik, der Motoren- und Triebwerkstechnik führt zu steigenden Anforderungen an metallische Konstruktionswerkstoffe. Im neuen Forschungsschwerpunkt OptiHeat an der Hochschule Osnabrück sollen neue thermomechanische Wärmebehandlungsprozesse entwickelt werden, die in hohen Festigkeiten bei gleichzeitig verkürzten Prozesszeiten resultieren. Dies ist schematisch in Abb. 1 dargestellt.
Abb. 1: Schematische Darstellung einer konventionellen Wärmebehandlung (a) und einer optimierten Wärmebehandlung aus der Schmiedewärme (b)
Wesentliche Elemente der experimentellen Entwicklungsarbeit bestehen in
- der Warmumformung mit Hilfe einer neu angeschafften 10000kN Spindelpresse,
- der Wärmebehandlung, bei der die Umformwärme ausgenutzt werden soll,
- der Werkstoffcharakterisierung mittels Metallographie und
- der mechanischen Werkstoffprüfung (u.a. Hochtemperaturermüdung).
Aus laufenden Forschungsarbeiten werden Modellierungskonzepte aufgegriffen und weiter entwickelt, die eine Simulation der integrierten Wärmebehandlung und der daraus resultierenden Eigenschaften ermöglichen sollen.
Dabei soll die Kombination von Umformsimulation, Finite-Elemente-Berechnung der Abkühlung und schließlich der Einbeziehung von Kinetik und Thermodynamik der Ausscheidungsbildung dazu beitragen, die Prozessparameter bereits im Vorfeld für die vielfältigen Werkstoffanforderungen festlegen zu können.
Es werden zwei verschiedene bainitische Stähle, sowie zwei Nickelbasis-Superlegierungen verwendet, die von den Projektpartnern Georgsmarienhütte GmbH, MAN Turbo & Diesel SE und Aubert Duval zur Verfügung gestellt werden. Speziell für die nachfolgende Fertigung von Ermüdungsproben konzipierte Probenkörper werden – entsprechend den Ergebnissen einer Finite-Elemente-Umformsimulation - induktiv erwärmt und mit einer 10.000kN Spindelpresse massiv umgeformt. Unmittelbar daran schließt sich ein Abkühlprozess an, der die gewünschte Gefügeumwandlung sicherstellt.