Physically based modelling of creep-fatigue in hot work tool steels

Titel in Übersetzung: Physikalisch basierte Modellierung der Kriechermüdung in Warmarbeitsstählen

Friedrich Krumphals

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Warmarbeitsstähle, die für Strangpressapplikationen von Nichteisenmetallen verwendet werden, sind hohen thermo-mechanischen Belastungen ausgesetzt. Aufgrund der hohen Herstellkosten solcher Werkzeuge ist eine möglichst lange Einsatzzeit von Bedeutung, und daher auch die Frage nach Verbesserungspotentialen in der Mikrostruktur. Auch eine verlässliche Abschätzung der Werkzeuglebensdauer ist von entscheidender Wichtigkeit. Derzeit gibt es dazu empirische Ansätze, wie das phänomenologische Chaboche Modell, das in AbaqusTM implementiert ist. Mit diesem Modell können für die betrachteten Strangpresswerkzeuge die inelastischen Dehnungen mittels zuvor in DeformTM simulierter zyklisch thermo-mechanischer Belastungen berechnet werden. Der Nachteil dieses Ansatzes ist, dass die Parameter des Modells nur für einen bestimmten Wärmebehandlungszustand des Werkstoffes und für einen bestimmten Temperaturbereich gültig sind. Da das elastisch-viskoplastische Chaboche Modell eine Vielzahl von empirischen Parametern benötigt, die nur mit sehr aufwendigen experimentellen Methoden bestimmt werden können, ist hier eine Vereinfachung höchst erstrebenswert. Daher wird in dieser Arbeit versucht, Charakteristika der Mikrostruktur des Werkzeuges in Zusammenhang mit der makroskopischen Werkstoffantwort zu bringen. Um dieses Vorhaben zu realisieren, ist es notwendig, über ein physikalisch basiertes Modell ein Verständnis zu erlangen, wie sich die Mikrostruktur zufolge thermomechanischer Beanspruchungsmuster, die während eines Strangpressprozesses auftreten, ändert. Für den physikalisch basierten Modellansatz sind die drei Parameter, Ausscheidungszustand, Substruktur und Versetzungsdichte wesentlich. Das Modell basiert auf einem System gekoppelter Differentialgleichungen, das die Versetzungsdichteentwicklung zufolge thermomechanischer Belastungen in MathCadTM berechnet, unter Berücksichtigung der anfänglichen Substruktur, sowie des Ausscheidungszustandes, der mithilfe der thermo-kinetischen Software MatCalcTM simuliert wird und Eingang ins Modell findet. Mit diesem Modellierungsansatz kann der Einfluss der Mikrostruktur auf die inelastische Materialantwort zufolge der Belastungen während des Strangpressprozesses berechnet werden. Die Ergebnisse beider Ansätze, des phänomenologischen und des physikalisch basierten, können über die resultierende inelastische Dehnung, welche in beiden Modellen einen wichtigen Ausgabeparameter darstellt, verglichen werden. Lebensdauerberechnungen wurden zufolge unterschiedlicher Prozessbedingungen durchgeführt, und die Einsatzzeiten von verschiedenen Warmarbeitsstählen verglichen.
Titel in ÜbersetzungPhysikalisch basierte Modellierung der Kriechermüdung in Warmarbeitsstählen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sommitsch, Christof, Beurteiler A (intern)
  • Kolednik, Otmar, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2014

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • Warmarbeitsstahl
  • Wärmebehandlung
  • Mikrostrukturentwicklung
  • Versetzungsdichte
  • Schädigungsentwicklung
  • Lebensdauerabschätzung

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