Maß- und Formänderungen infolge von Wärmebehandlung von Stählen. Karl Heeß

eine enorme Komplexität im Vergleich zu anderen Arbeitsgebieten, die in dieser Zeit mit Simulationsergebnissen von sich reden gemacht haben, wie z.B. die Crashsimulation bei Autos.

      Wenn dann die Modelle und Gleichungen alle standen, fehlten oft die genauen Kennwerte für Werkstoffe und Medien, vor allem diejenigen, die gar nicht direkt oder zumindest einfach messbar sind, z.B. die bei hohen Temperaturen. Es ist eines der großen Verdienste des Bremer SFB 570, uns hier mit vielen Daten und Kennfeldern versorgt zu haben. Andere Arbeiten haben die erforderlichen Daten auch aus der Anpassung von parametrierten Rechnungen an passend dazu geplante Versuchsreihen gewonnen. Überhaupt scheint mir der früher manchmal zu beobachtende unselige Antagonismus von Rechnung und Versuch doch gewichen dem Bewusstsein, dass eine Rechnung nichts anderes ist als die Anwendung eines mathematisch formulierten Versuchsergebnisses, und dass gerade in dieser Anwendung der höchste Wert eines Versuchs liegen kann.

      Je genauer man nun die realen Material-Kennwerte gemessen hat, desto drängender wird dann die Frage, wie weit denn diese Werte auch gültig sind, da doch das nächste Werkstück, die nächste Schmelze schon wieder ein klein wenig anders ist. Will ich noch genauer rechnen als ich messen bzw. meine Prozesse regeln kann? Wieviel Aufwand muss ich vorab treiben, um meine Materialien und Prozesse zu charakterisieren, damit meine Rechenergebnisse auch für meinen konkreten Fall zutreffend sind?

      Die große Lösung für alle Fragen auf einmal wird noch lange auf sich warten lassen. Wir können aber in diesem Band sehen, dass Modellrechnungen mit großem Nutzen auf ganz spezifische Fragestellungen angewandt werden können, vor allem wenn sie sich mit gezielt durchgeführten Versuchen ergänzen.

      Ich danke den Mitgliedern des AWT-Fachausschusses „Maß- und Formänderung“ und allen, die hier mitgearbeitet haben, dafür, dass sie die vornehmste Aufgabe unseres Fachverbandes AWT tatkräftig umgesetzt und mit Leben erfüllt haben: die Weiterentwicklung unseres Fachgebietes im Austausch der Experten und die Verbreitung der Ergebnisse und Erfahrungen zum Nutzen der Anwender und unserer Nachwuchskräfte.

      Dr. Stefan Hock,

      Friedrichshafen

      AWT-Vorsitzender

      Geleitwort zur 3. Auflage

      Dies ist bereits die dritte Auflage der „Monographie Maß- und Formänderungen infolge Wärmebehandlung“. Neun Jahre sind seit dem Erscheinen der 1. Auflage im Jahre 1997 vergangen. Das Erscheinen dieser Neuauflage im Jahre 2006 zeigt, dass das Thema nicht an Aktualität verloren hat. Im Gegenteil, die Bedeutung dieses Themas ist heute größer als je zuvor.

      Nachdem die Wärmebehandlungsprozesse selbst durch neue Verfahrensentwicklungen, neue Ofentechnologien, Sensoren und Prozessrechnersteuerungen immer präziser und wirtschaftlicher geworden sind, liegt das größte Kosteneinsparungspotential bei der Wärmebehandlung heute in der Reduzierung der Nacharbeitskosten. Und diese hängen nun einmal so gut wie allein von den bei der Wärmebehandlung entstehenden Maß- und Formänderungen ab.

      Die „Net-shape“-Wärmebehandlung, d.h. die Wärmebehandlung komplett ohne Nacharbeit, ist die große Herausforderung dieses Jahrzehntes. Sollte sie gelingen könnten Milliarden von Euros pro Jahr allein in Deutschland eingespart werden. Die Gründung des Sonderforschungsbereiches „Distortion Engineering“ (SFB 570) am Institut für Werkstofftechnik in Bremen im Jahre 2001 zeigt die große wirtschaftliche Bedeutung, die der Aufgabenstellung der Erforschung der Ursachen für die Entstehung von Verzug und der Entwicklung von Maßnahmen zu seiner Vermeidung beigemessen wird.

      Durch die bisher vorliegenden Ergebnisse der Arbeiten innerhalb des SFB ist klar geworden, dass Maß- und Formänderungen eine Eigenschaft des gesamten Systems des Herstellungsprozesses eines Bauteils sind, angefangen von der Stahlherstellung, über die Konstruktion, Halbzeugfertigung, Bauteilbearbeitung bis hin zur Wärmebehandlung. Ergo dürfen Maßnahmen zur Verzugsreduzierung nicht nur bei der Wärmebehandlung ansetzen, sondern müssen alle Systemkomponenten einbeziehen.

      Bauteile erwerben mit jedem Durchschreiten eines Fertigungsschrittes einen bestimmten Anteil an Verzugspotential. Dieses zu erkennen und zu reduzieren, ehe sich das Potential bei der Wärmebehandlung in Verzug umsetzen kann, ist eine große Herausforderung, vor der wir heute stehen.

      Eine andere ist, einem erkannten und definierten Verzugspotential eines Bauteils durch gezielte, gesteuerte Wärmebehandlung so entgegenzuwirken, dass es neutralisiert wird und bei der Wärmebehandlung keine Maß- und Formänderungen auslösen kann.

      Ehe wir diese Zielsetzungen erreicht haben werden, wird noch eine geraume Zeit vergehen. Wir sind aber auf dem richtigen Weg. Dies wird durch die Zusammenstellung der Arbeiten in dieser Monographie deutlich belegt. Sie gibt einen Überblick über die neuesten Ergebnisse der Forschungen auf diesem Gebiet und kann insbesondere dem Praktiker wertvolle Hinweise zu Ursachen der Entstehung von Maß- und Formänderungen und deren Vermeidung geben.

      Dr. Bernd Edenhofer,

      Kleve

      AWT-Vorsitzender

      Geleitwort zur 2. Auflage

      Das Thema Maß- und Formänderung ist aus den vielen Diskussionen über Fragen der Wärmebehandlung nicht wegzudenken. Nicht nur der entstehende wirtschaftliche Schaden, der jährlich durch die Vielzahl nicht beherrschter Abläufe bei der Fertigung wärmebehandelter Bauteile entsteht, sondern der besonders in den letzten Jahren entstandene Informations- und Wissensaufbau haben das große Interesse an diesem Thema, vor allem seitens der mit der Wärmebehandlung von Bauteilen Beschäftigten, noch weiter erhöht.

      Dabei handelt es sich bei den Maß- und Formänderungen, die auch eng mit den Abläufen während der unterschiedlichen Wärmebehandlungsprozesse verbunden sind, um ein Ergebnis, das von vielen einzelnen Faktoren und nicht nur von der Wärmebehandlung alleine, beeinflusst wird. Neben den physikalischen und damit systematischen Größen sind es vor allem diejenigen Einflussfaktoren, die in der Fertigung der betroffenen Bauteile begründet sind und sich damit der oben genannten Systematik entziehen. Nur das Wissen über diese Zusammenhänge hilft uns bei der Beherrschung der gesamten Abläufe und erlaubt uns die Einstellung guter Ergebnisse besonders im Hinblick auf den maßlichen Endzustand.

      Die erste Auflage des vorliegenden Buches hat einen maßgeblichen Beitrag zur Klärung der Zusammenhänge geleistet. Die Vielzahl von Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Maß- und Formänderung wurde von der Mitgliedern des AWT-Fachausschusses 15 kritisch gesichtet, diskutiert, bewertet und geordnet. In dieser Form stellten sie für uns eine große Hilfe bei der Bewältigung der tagtäglich auftretenden Probleme bei der Fertigung der vielfältigsten – auch sehr komplizierten – Bauteile dar: sowohl im Wärmebehandlungsbetrieb, als auch im Vorfeld bei der Information und Verpflichtung aller Beteiligten an dem Gesamtprozess.

      Zwischenzeitlich stehen weitere Methoden zur Erforschung der Zusammenhänge in der Fertigungskette zur Verfügung. Eine sehr interessante Methode ist die Simulation. Sie stellt jene Möglichkeit dar, thermische und mechanische Abläufe während der Wärmebehandlung mit Hilfe der Werkstoffeigenschaften und der wirkenden mechanischen Größen wie z.B. der im Bauteil herrschenden Eigenspannungen oder anderen Faktoren rechnerisch zu simulieren. Mit Hilfe der Simulation können diese Zusammenhänge besser sichtbar und damit auch erklärbar gemacht werden.

      Der zweiten Auflage gebe ich den Wunsch mit, dass sie ein ebenso umfangreiches Interesse erfährt wie die erste Auflage und damit einen weiteren wichtigen Beitrag zur Minimierung und Vergleichmäßigung der Maß- und Formänderung bei der Wärmebehandlung von Bauteilen in der Praxis liefert. Mit diesem Wunsch verbinde ich meinen aufrichtigen Dank an die Mitarbeiter dieses Fachausschusses, die diese Beiträge neben ihrer beruflichen Tätigkeit und der beruflichen Anspannung im Namen der AWT geleistet haben.

      Helmut Mallener,

      Markdorf

      AWT-Vorsitzender

      Geleitwort zur 1. Auflage

      Maß- und Formänderungen