SimCarb - Eine leistungsfahige Windows-Expertensoftware fur das rechnergestutzte Einsatzharten. Teil 1: Soll-Ist-Vergleich, Prozessanalyse, Grundlagen, Modellierung und Simulation

摘要

Einsatzharten beruht auf der kontrollierten Eindiffusion von Kohlenstoff meist aus regelbaren Kohlenwasserstoffatmospharen in die Randschicht eines Werkstucks und nachfolgendem Harten. Bauteilzuverlassigkeit, Ressourcenschonung und Produktionskosteneffizienz machen hohe Treffsicherheit der Prozesszielgrossen erforderlich. Diese strengen Anforderungen werden nach Stand der Technik in der heutigen Praxis haufig nicht erfullt, wie das Ergebnis eines Soll-Ist-Vergleichs verdeutlicht. Die Erfolg versprechende Prozessoptimierung des Einsatzhartens beruht auf einem leistungsfahigen Computersimulationswerkzeug. Unter einer intuitiven mausgesteuerten grafischen Benutzeroberflache mit Pulldown-Menus und Dialogfenstern bietet die Windows-Expertensoftware SimCarb hochste Rechengenauigkeit und flexibel definierbare Verfahrensfuhrung. Dank effizient programmierter Algorithmen erfordert die Simulation eines typischen Einsatzharteprozesses auf einem heutigen Arbeitsplatzcomputer nur etwa eine Minute. Die mathematischen und werkstoffkundlichen Grundlagen werden eingehend dargestellt. Es wird ein implizites finites Differenzenverfahren, das die Crank-Nicolson-Methode auf konzentrationsabhangige Diffusion erweitert, entwickelt und mit dem Newton'schen Iterationsalgorithmus gelost. Aus den berechneten Kohlenstofftiefenverlaufen werden die resultierenden Harteprofile abgeleitet. Die komfortable Bedienung des Programms wird ausfuhrlich beschrieben. Eine Kurzdarstellung der Methode der integralen Prozessoptimierung des Einsatzhartens verdeutlicht den Bezug zur Anwendung. Hierzu werden auch geeignete Messverfahren zur Bestimmung von Ein- und Ausgabegrossen diskutiert. SimCarb erlaubt die Simulation von beliebig komplexen mehrstufigen und teilweise oder durchgehend kontinuierlich gefuhrten Gasaufkohlungsprozessen. Dies schliesst beispielsweise Behandlungsschritte unter Schutzatmosphare, Pendelgluhungen und geregeltes Abkuhlen ein. Auch feste oder flussige Kohlungsmittel konnen verwendet werden. Als Werkstoffdatenbanken stehen funf Bibliotheken mit insgesamt 32 Referenzen fur den Diffusionskoeffizienten, den Legierungsfaktor und die Hartbarkeit zur Verfugung. Optional weist der Benutzer diese Grossen frei zu. Das Online-Bildschirmarbeitsblatt stellt Ein- und Ausgabe mit Auswertungen in Diagrammen und einem Zahlenblock wahrend der laufenden Computersimulation in Echtzeit dar. Die Simulationsbeispiele erlautern das praktische Vorgehen bei Prognose, Kalibrierung mit Ergebniskontrolle, Analyse und Optimierung von Einsatzharteprozessen sowie fur die Strategieentwicklung und Durchfuhrung von Parameter- und Machbarkeitsstudien. Dem industriellen Anwender stehen damit grundlegende Informationen zur Verfugung, die im Versuch nicht oder nur mit grossem Aufwand zuganglich sind. Die SKF-Expertensoftware SimCarb kann Rentabilitat und Qualitat des Einsatzhartens nachhaltig steigern und stellt ein effizientes Werkzeug der rechnergestutzten Warmebehandlung dar.