Das Schmieden mit integrierter Wärmebehandlung ermöglicht zum einen die Nutzung der Schmiedewärme und damit die Verkürzung von Prozessketten wie auch Einsparung von Energie. Gleichzeitig können durch eine gezielte Abkühlung im Sprayfeld lokal angepasste Eigenschaften durch Steuerung des Phasenumwandlungsverhaltens eingestellt werden. Jedoch ist die Prozessauslegung herausfordernd, da thermische, mechanische und metallurgische Effekte miteinander in Wechselwirkung stehen und die finalen Bauteileigenschaften signifikant beeinflussen.
Die Prozessauslegung wird daher numerisch unterstützt. Dabei sind durch geeignete Modelle und experimentelle Charakterisierungsverfahren die auftretenden Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Neben dem thermomechanischen Verhalten liegt daher ein Fokus auf der Charakterisierung und der
numerischen Beschreibung des Phasenumwandlungsverhaltens sowie dessen Interaktion mit thermischen und mechanischen Effekten. Diese ganzheitliche Betrachtung ermöglicht neben der Vorhersage der finalen Bauteileigenschaften auch die Berechnung der auftretenden Eigenspannungen und möglichen Verzügen.
Die Warmumformung als gekoppelter thermomechanischer Prozess umfasst zahlreiche Werkstoffphänomene mit entsprechenden Auswirkungen auf das Werkstoffverhalten während und nach dem Umformprozess sowie auf die endgültige Bauteilleistung. In diesem Zusammenhang erfordert eine realistische FE-Simulation zuverlässige mathematische Modelle sowie detaillierte thermo-mechanische Materialdaten. In diesem Beitrag werden experimentelle und numerische Ergebnisse vorgestellt, die sich auf die FE-basierte Simulation eines Warmschmiedeprozesses mit anschließender Wärmebehandlung konzentrieren. Ziel ist die Vorhersage der endgültigen mechanischen Eigenschaften und des Eigenspannungszustands im geschmiedeten Bauteil aus dem niedrig legierten CrMo-Stahl DIN 42CrMo4. Zu diesem Zweck wurden Warmschmiedeversuche an Pleuelstangengeometrien mit entsprechender metallographischer Analyse und Röntgen-Eigenspannungsmessungen durchgeführt. Für die gekoppelten thermomechanisch-metallurgischen FE-Simulationen wurde ein spezielles benutzerdefiniertes Materialmodell verwendet, das auf der additiven Dehnungsabbau-Methode basiert und über MSC.Marc Solver-Features in Simufact Forming implementiert wurde.
Bernd-Arno Behrens, Anna Chugreev and Alexander Chugreev (2018) 21st International ESAFORM Conference on Material Forming – ESAFORM 2018, Palermo, Italy, AIP Conference Proceedings, Vol. 1960-1, 040003.
