STAAZ-Methode

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engl: STAAZ method          Kategorie: Aa-leerbild.jpg Maschinenbau Level 4


Mit der STAZ- oder der STAAZ-Methode kann in einer Simulation die Auswirkung von metallurgischen Umwandlungen in Stahlwerkstoffen berücksichtigt werden. Solche metallurgischen Umwandlungen (Phasenumwandlung) treten zum Beispiel beim Schweißen und bei Wärmebehandlungen auf.

Staaz-1.jpg

Grundlagen zur STAAZ-Methode sind bei /Ossenbrink,Michailov/ (siehe unten bei Literatur) dargestellt.

Bei der STAZ-Methode wird die Phasenumwandlung in der Simulation in Abhängigkeit von den Parametern

simuliert. Die Abkürzung verweist auf die SpitzenTemperatur und die AbkühlZeit.

Eine Erweiterung stellt die STAAZ-Methode dar, bei der zusätzlich als dritter Parameter

zugrunde gelegt wird.

Diese Parameter sind rechts in der Abbildung in einem typischen Temperaturverlauf eingezeichnet. Die Aufheizung ist bei diesem Vorgang relativ uninteressant, es ist nur wichtig, dass die Austenitbildung (hier ab etwa 800°C) stattfindet. Die Spitzentemperatur Tmax ist der Scheitel der Temperaturfunktion. Der Verlauf bei der Abkühlung ist wichtig für die Phasenumwandlung. Die Abkühlrate (Abkühlgeschwindigkeit, der zeitliche Gradient der Temperatur bei der Abkühlung) wird im allgemeinen pauschal durch die Zeit ausgedrückt, die zwischen 800°C und 500°C vergeht. Dies ist die t8/5-Zeit. Die Zeit, in der das Material Temperaturen von T > 800°C hat, wird als Austenit-Verweilzeit ta bezeichnet. Rechts neben diesem typischen Temperaturverlauf ist zum Vergleich das ZTU-Diagramm dieses Materials gezeigt. Die Probe, die hier durchdacht wurde, entspricht der hervorgehobenen Abkühlkurve mit Härte 450 am Ende des Prozesses.

Diese 2 bzw. 3 Parameter (Tripel) sind maßgebend für den Verlauf der thermischen Dehnung über der Temperatur (Dilatogramm) an diesem Ort des Bauteils. In der Simulation werden für jedes Element des FEM-Modells diese 2 bzw. 3 Parameter bestimmt, daraus das zutreffende Dilatogramm (also der zutreffende Verlauf der thermischen Dehnung über der Temperatur) ausgewählt und damit die Simulation der Strukturmechanik ausgeführt.

Die STAAZ-Methode hat sich insbesondere für Schweißprozesse bewährt, bei denen die Verweilzeit im Austenitbereich kurz ist und eine schnelle Abkühlung stattfindet und dadurch eine Verzögerung der Rückumwandlung auftreten kann.

Vorteile der STAAZ-Methode:

Nachteile der STAAZ-Methode:

Sonstige Begriffe

Die Phasenumwandlung kann auch über ZTU-basierende Methoden (Leblond, Denis) bestimmt werden.

Literatur

Ossenbrink,R.; Michailov,V.G.: "Thermomechanical Numerical Simulation with the Maximum Temperature Austenisation Cooling Time Model (STAAZ)", Mathematical Modelling of Weld Phenomena 8, Verlag der Technischen Universität Graz, ISBN: 978-3-902465-69-6, 2007, 357-372

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