Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Beim induktiven Härten großer Bauteile, wie beispielsweise Lagerringen in Windkraftanlagen, erfolgt die Erwärmung aufgrund der Bauteilgröße häufig durch einen bewegten Induktor. Damit können die Verschleißfestigkeit und Lebensdauern gezielt verbessert werden.
Da Eigenspannungen und Gefügeeigenschaften entscheidend für die Lebensdauer und Leistung der Bauteile sind, besteht die Herausforderung darin, diese Zustände effizient, reproduzierbar und wirtschaftlich einzustellen. Dazu gehört die präzise Steuerung der temperatur- und zeitabhängigen Mikrostrukturumwandlungen sowie der daraus resultierenden Eigenspannungen. Die komplexen Wechselwirkungen von Temperaturprofilen, Erwärmungs- und Abkühlraten sowie Umwandlungsdehnungen beeinflussen die Verteilung der Phasenanteile und mechanischen Spannungen im Bauteil. Zudem muss die Prozessführung so gestaltet sein, dass die Materialhomogenität sichergestellt werden kann.
Die Optimierungsstrategie beinhaltet die simulationstechnische Abbildung des Temperatur-Zeit-Verlaufs im Bauteil bei induktivem Erwärmen mit virtueller Bewegung des Induktors. Damit können Austenitisierung und die darauffolgenden Phasenumwandlungen in Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit genau berechnet werden. Diese simulationsgestützte mikrostrukturbasierte Modellierung ermöglicht Vorhersagen über Härte- und Eigenspannungsverteilungen als wichtige Kenngrößen für die Prozessoptimierung.