Bearbeiter: D. Hömberg, J. Sprekels
Kooperation: IST Impuls-Schweißtechnik GmbH, Ellerbek
Förderung: EU, HCM-Netzwerk ,,Phase Transitions and Surface Tension``
Beschreibung der Forschungsarbeit:
Ziel des Projektes ist die Kontrolle der Mikrostruktur von Stahl. In den vergangenen Jahren wurde ein Modell für Phasenübergänge in eutektoidem Stahl entwickelt und untersucht. In [1] und [2] wurden die für Anwender wesentlichen Resultate zusammengefaßt.
Im allgemeinen können während einer Wärmebehandlung fünf verschiedene Phasen auftreten: Austenit, Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit. Die möglichen Übergänge zwischen diesen Phasen sind in hoemberg.eps dargestellt. Dabei bezeichnen d und nd einen diffusiven bzw. nicht-diffusiven Phasenübergang.
Unter der Annahme, daß Martensit beim Erhitzen direkt in Austenit umgewandelt wird, wurde in [3] ein erweitertes Modell formuliert, das alle auftretenden Phasenumwandlungen berücksichtigt. Damit sind wir in der Lage, einen kompletten Wärmebehandlungszyklus zu beschreiben.
Ein in der Praxis häufig verwendetes Verfahren ist die Induktionshärtung. Bei diesem Prozeß dient das zu härtende Werkstück als Sekundärspule eines Transformators. Aufgrund des Skineffekts werden auf dem Rand des Werkstücks Ströme induziert, die zu einer schnellen Erwärmung der Randschicht führen. Das Abschalten des Stroms bewirkt dann eine Selbstabkühlung und Oberflächenhärtung des Werkstücks.
Zur Modellierung dieses Prozesses müssen die Modellgleichungen zur Beschreibung der Phasenübergänge mit den Maxwellgleichungen gekoppelt werden. Vernachlässigt man den Verschiebungsstrom, ergibt sich im Zweidimensionalen ein System von zwei nichtlinearen parabolischen Differentialgleichungen, gekoppelt mit einem System gewöhnlicher Differentialgleichungen für die Phasenfraktionen. In [4] wird dieses Problem analytisch untersucht.
Für das nächste Jahr ist die numerische Implementierung dieses Modells in Kooperation mit der Firma IST Schweißtechnik geplant.
Projektliteratur:
