Induktionshärten

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engl: inductive hardening          Kategorie: Aa-leerbild.jpg Level 4 Theorie Material Temperaturfeld


Induktionshaerten-1.jpg

Allgemeine Informationen hierzu finden Sie zum Beispiel bei wikipedia:Induktionshärten

Inhaltsverzeichnis

Simulation

Die Simulation des Indutkionshärtens muss die Interaktion zwischen mehreren Feldeffekten berücksichtigen:

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Feldeffekte und die Art der Interaktion.

Die Induktion von elektrischen Strömen im Bauteil ist wesentlich für die Erzeugung der Wärme für das Temperaturfeld und die Aufheizung.

Sie finden weitere Anmerkungen unter dem Stichwort Temperaturfeld_Massenstrom zu einer Möglichkeit, die Bewegung des Bauteils unter dem Induktor zu simulieren.

Bei der Festlegung der Materialdaten muss bei manchen Stahl-Werkstoffen auf eine mögliche Phasenumwandlung geachtet werden. Dadurch sind insbesondere die magnetischen Eigenschaften und die thermische Dehnung betroffen.

Üblicherweise wird die Härte aus dem Ergebnis der Temperaturfeld-Simulation abgeleitet, also aus den Verläufen der Temperatur über der Zeit.

Das Ergebnis der Simulation der Strukturmechanik sind der Verzug (Verschiebungen) und die Eigenspannungen.

Vernetzung

Bei der Simulation des Härtens muss die Diskretisierung an den Prozess angepasst werden. Das Abkühlen, das für die Veränderungen im Material wesentlich ist, findet durch Wärmeabfuhr an der Oberfläche statt. Wichtig sind die zeitlichen Temperaturgradienten (Abkühlrate, also Temperaturänderung über der Zeit). Dabei treten auch hohe örtliche Temperaturgradienten (Temperaturänderung entlang einer Strecke, hier im wesentlichen von der Oberfläche des Modells in das Innere hinein) auf. Um diese Größen ausreichend genau zu berechnen, sollte die Vernetzung so gesteuert werden, dass das Netz in das Innere des Modells hinein fein ausgeführt wird. Damit ist die Netzfeinheit normal zur Oberfläche gemeint (tangential zur Oberfläche kann das Netz gröber sein, und auch das Kantenlängenverhältnis ist dabei von untergeordneter Bedeutung).

Beim Randschichthärten ergeben sich zusätzlich durch die Wärmezufuhr (Aufheizen) durch magnetische Induktion am Rand zeitliche und örtliche Gradienten der beteiligten Feldgrößen und der Temperaturen. Auch – und vielleicht hierbei noch mehr – sollte bei der Diskretisierung auf eine feine Netzteilung an der Modell-Oberfläche geachtet werden.

Um den betroffenen Bereich abzugrenzen, beachten Sie die Eindringtiefe

Induktionshaerten-2.JPG

mit δ=Eindringtiefe, ρ=elektrischer Widerstand, π=Kreiszahl, μ=magnetische Permeabilität, f=Frequenz.

Sonstige Begriffe

Zur Simulation der Härte finden Sie weitere Anmerkungen.

Fallbeispiele

Simulation of Residual Stresses in an Induction Hardened Roll

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