Simulation based microstructural optimization of thermo-mechanically treated steel components

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2013-12, Vol.44 (12), p.977-984
• Main Authors: Stein, T., Fuss, D., Grahlmann, P., Luetje, M., Brueckner-Foit, A., Steinhoff, K., Weidig, U.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Computer simulation; Evolution; Forming; graded material; gradierte Bauteile; Mathematical analysis; microstructure; Mikrostruktur; Optimization; Phase distribution; phase transition; Phasenumwandlung; Simulation; Steels; thermo-mechanical forming; thermo-mechanische Umformung
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.201300158

A simplified approach for the simulation based estimation of the phase distribution in a thermo‐mechanically treated steel component is presented. A key aspect of the approach is the time‐temperature relation for each volume element. Based on a forming simulation with a commercial tool the numerically calculated temperature evolution in the component is analyzed with an in‐house code. The code allows estimating the local phase distribution after the forming process with the help of the continuous‐cooling‐diagram of the material used. A first validation fits well with the existing phase distribution in the component, even though the phase transition in the component is critical in terms of time, deformation and local chemical composition of the material used. Im vorliegenden Artikel wird ein vereinfachter Ansatz zur simulationsbasierten Abschätzung der Phasenverteilung in einem thermo‐mechanisch umgeformten Stahlbauteil vorgestellt. Grundlegende Idee des Ansatzes ist die Betrachtung der Zeit‐Temperatur‐Entwicklung jedes Volumenelementes im Bauteil über den Verlauf des Umformprozesses. Dazu wird die numerisch ermittelte Temperaturentwicklung im Bauteil, die mit einem kommerziellen Programm berechnet wird, in einem selbst entwickelten Postprozessor analysiert. Der Postprozessor ermöglicht die Abschätzung der sich nach dem Umformprozess im Bauteil einstellenden Phasenverteilung auf Basis des kontinuierlichen Zeit‐Temperatur‐Umwandlungs‐Schaubildes des verwendeten Werkstoffes. Eine erste Validierung der Postprozessorergebnisse zeigt gute Übereinstimmungen mit der realen Phasenverteilung im Bauteil, obwohl das Phasenumwandlungsverhalten des Werkstoffes empfindlich auf überlagerte Dehnungen und die lokale chemische Zusammensetzung reagiert.