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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Eigenspannungssimulation in Hartmetall

Donnerstag (19.09.2019)
12:00 - 12:30 Uhr Rotterdam

Die Eigenspannungen als Folge des Sinterherstellungsprozesses spielen bei Hartmetallen eine ganz besondere Rolle. Die Simulation der Eigenspannungen bringt einen Mehrwert für das Verständnis der Eigenspannungen 2. Art, die in einer Region mit wenigen Körnern, im mesoskopischen Bereich, als inhomogene Spannungen zu beobachten sind. Der Hauptgrund für die Entstehung von Eigenspannungen 2. Art bei Hartmetallen ist die Dehnungsinkompatibilität der harten hochschmelzenden Wolframkarbidphase (WC) und der duktilen niedrigschmelzenden Binderphase (Co). Die Flüssigphasensintertemperatur des WC-Co beträgt typischerweise 1400 °C, mit der zunehmenden Abkühlung erstarrt die Binderphase und es setzt ein kontinuierliches Schrumpfen ein. In der FEM-Simulation von repräsentativen Volumenelementen (RVE) werden sowohl das viskoplastische Fließen der Binderphase als auch die Ausscheidungsprozesse während dem Abkühlen berücksichtigt. Die Löslichkeit von Wolfram und Kohlenstoff in Cobalt nimmt mit der sinkenden Temperatur ab und es bilden sich Ausscheidungen an den Karbidkorngrenzen, die wiederum zusätzliche lokale innere Spannungen verursachen. Das im Binder gelöste Wolfram stabilisiert die kfz-Gitterstruktur des Cobalts und unterdrückt die Umwandlung in die hexagonale Gitterstruktur. Die bei Raumtemperatur vorliegenden lokalen, elastischen Verformungen sind der Grund für die resultierenden Eigenspannungen. Das von IWM entwickelte FE-Modell kann die örtliche Konzentration und den Gradienten der Eigenspannungen sowohl in der Binderphase als auch in der Karbidphase abbilden. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass der Spannungsverlauf durchaus von der vorherrschenden Vorstellung abweichen kann, die ausschließlich Zugspannungen in der Binderphase und Druckspannungen in der Karbidphase vorhersagt.

Sprecher/Referent:
Donat Rudenskiy
RWTH Aachen University
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Christoph Broeckmann
    RWTH Aachen University
  • Wolfgang Kayser
    RWTH Aachen University