Vorhersage der Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften geschmiedeter Bauteile durch FEM-Simulation

Im Rahmen dieser Studie werden FEM-Modelle und Unterprogramme vorgestellt, die vor allem zur Losung werkstoffbezogener Problemstellungen bei der Auslegung komplexer Gesenkschmiedeprozesse mit integrierten Erwarmungs- und Abkuhlvorgangen beitragen. Aufbauend darauf werden Vorhersagen der zu erwartenden Bauteileigenschaften ermoglicht. Auf der Grundlage von physikalischen und empirischen Gleichungen, die das Austenitisierungsverhalten, die Gefugeumwandlung, die Korngrosenentwicklung sowie den umformbedingten Faserverlauf numerisch beschreiben, wurden Unterprogramme entwickelt und in kommerzielle FEM-Programme implementiert. Nach der experimentellen Verifizierung der numerischen Ergebnisse anhand von Stauchversuchen und aus der Schmiedewarme durchgefuhrten Abkuhlungsprozessen erfolgte exemplarisch die numerische Analyse des Prazisionsschmiedeprozesses eines geradverzahnten Zahnrades. Prediction of microstructure and mechanical properties of forged parts with the aid of FE-analysis The FEM-simulation permits to predict final state variables of the workpieces and to visualize internal stress states. Thereby the simulation promotes the reduction of time and cost. Especially for complex precision forging processes with subsequent heat treatment, for instance the manufacturing of gears, the FEM-simulation is successfully established as an effective tool for simulation aided design and planning in the early stage of the construction process. Specially developed subroutines, which describe the evolution of microstructure during the whole process using macroscopic approaches, were implemented in a commercial FE-Code. This paper presents the results of experimentally validated FEM-Simulations using the developed subroutines. Furthermore, this study includes simulation results of a precision forged gear in respect of the microstructure evolution as well as the mechanical properties of the finished part.