Die Korngrößenabhängigkeit der Fließspannung von Baustählen im Bereich der homogenen Verformung

Anwendung der Hall-Petch-Gleichung zur Beschreibung der Fließspannung von Baustählen im Bereich der Gleichmaßdehnung. Einfluß von Verformung, Prüftemperatur, Dehngeschwindigkeit und Stahlzusammensetzung. Darstellung der Verformungsabhängigkeit der Reibungsspannung mit der Ludwik-Gleichung. Vergleich der Versuchsergebnisse mit Modellvorstellungen zur Deutung des Temperatureinflusses auf die Reibungsspannung und des Korngrößeneinflusses auf die Fließspannung im Bereich der Gleichmaßdehnung.     

Automatisierte Ermittlung von Fließkurven und deren Darstellung durch eine empirische Beziehung mit Anpassung in vorgegebenen Bereichen der Formänderung

Beschreibung einer einfachen Versuchsanordnung zur Durchführung von kontinuierlichen Zylinderstauchversuchen mit automatischer Erfassung der Meßwerte. Vorschlag für nachgeschaltete elektronische Zusatzeinrichtungen zur automatischen Wiedergabe der Fließkurve durch eine beliebige empirische Beziehung mit rechnergestützter Anpassung in vorgegebenen Bereichen der Formänderung und Angabe des Korrelationskoeffizienten. Versuchsergebnisse für die Stähle RSt 37-1 und QSt 52-3 Cu 3 im warmgewalzten und im kaltverformten Zustand.     

Simulation des Profilwalzens mit Hilfe von Werkstoffmodellen und der Finite-Elemente-Methode

Eine Grundvoraussetzung für die Einführung der thermomechanischen Behandlung beim Profilwalzen ist die Beherrschung der örtlichen Vorgänge im Walzspalt. Hierzu bietet sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) als Hilfsmittel zur Ermittlung der örtlichen Prozeßparameter Vergleichsformänderung, Vergleichsformänderungsgeschwindigkeit und Temperatur an. Werkstoffmodelle können zur Beschreibung der örtlichen physikalisch-metallurgischen Vorgänge in einem Material und zur weiteren Entwicklung der FEM verwendet werden. Über die möglichen Wege für die Simulation des Profilwalzens mit FEM und Werkstoffmodellen sowie durch Verwendung von Warmumformsimulationen am IBF und am IEHK wird in dieser Arbeit berichtet. Walzungen im Labormaßstab von 4 Stichen der Kaliberreihe Oval-Quadrat werden Rechenergebnissen für die Stahlsorten C 35 und 50 CrV 4 gegenübergestellt. Ergebnisse aus Versuchswalzungen und Warmzugsimulationen für die Stahlsorte 50 CrV 4 werden verglichen und diskutiert. Erläuterungen über die allgemeine Anwendung der hier verwendeten Arbeitsroutine werden am Ende dieser Arbeit gemacht. Die Ergebnisse zeigen die Bedeutung dieser Arbeitsroutine für die Simulation des Profilwalzens.     

Die Bestimmung des Wasserstoffgehaltes von flüssigem Stahl

Beschreibung der Probenahme von Stählen mit Eisengehalten größer als 95% aus Strangguß- und Blockgußkokillen und einer Apparatur zur Bestimmung des Wasserstoffgehaltes. Entnahme durch geschütztes Tauchen von Quarzgutrohren. Füllen in Tiefen bis zu 250 mm mit ferrostatischem Druck. Umgehung der Probenahme aus oberflächennahen Schichten des Stahlbades zur Vermeidung von Verlusten durch das bisher übliche Einsaugen des flüssigen Stahles in das Quarzgutrohr. – Wasserstoffbestimmung durch Warmauslagerung der Proben im Stickstoffträgergasstrom mit einer Wärmeleitfähigkeitszelle. Elektronische Integration der Meßspannung einer Thermistorbrücke über die Entgasungszeit der Probe.     

Längskräfte beim Warmtorsionsversuch

Beschreibung des Spannungszustandes beim Warmtorsionsversuch bei axial unverschieblich eingespannter Probe. Abschätzung der Längskräfte bei elastischer und elastisch-plastischer Torsion. Erklärung für das Auftreten von Druckkräften. Entwicklung eines quantitativ-qualitativen Modells zur Zerlegung der gemessenen Axialkraftkurve in ihre Zug- und Druckkomponente. Vorstellung einiger charakteristischer Kurventypen. Einfluß einer Vorspannung auf Längskräfte und Widerstandsmoment.     

Das dynamische Kennlinienfeld des schützengesteuerten Asynchron-Schleifringläufermotors

Einfluß des schützengesteuerten Asynchron-Schleifringläufermotors auf die Momentenverläufe in den Triebwerken von Hüttenkranen. Beschreibung eines Motorprüfstandes zur Ermittlung der Luftspaltmoment-Zeit-Funktionen während instationärer Betriebsphasen. Übertragungsfunktion zwischen dem in der Motorwelle gemessenen und dem im Luftspalt herrschenden Drehmoment. Gegenüberstellung des bekannten stationären Drehmoment-Drehzahl-Kennlinienfeldes und eines aus Prüfstandmessungen hergeleiteten Feldes dynamischer Steuerkurven. Folgerungen für die Abschätzung der motorseitig abgegebenen Drehmomentenhöchstwerte. Hinweise auf die zur beanspruchungsgerechten Dimensionierung von Triebwerksbauteilen notwendige Schwingungsbetrachtung der auszulegenden Systeme.     

Modelluntersuchungen des konvektiven Wärmeübergangs zwischen Kokille und einem Luftstrom bei einer Vier-Block-Anordnung auf einer Kokillenplatte

Beschreibung des Modellaufbaus und der Versuchsauswertung eines physikalischen Modells zur Simulation des konvektiven Wärmeübergangs zwischen Kokillen oder Blöcken und einem Luftstrom bei verschiedenen Anordnungen von vier Blöcken auf einer Kokillenplatte. Vergleich der Meßergebnisse mit Schrifttumsangaben über den konvektiven Wärmeübergang an anderen Körpern. Erörterung des Einflusses einer Maßstabsänderung im Hinblick auf die Übertragung der Modellergebnisse auf Betriebsverhältnisse.     

Kinetik der Desoxidation und Entschwefelung von Stahlschmelzen durch Calcium

Möglichkeiten zur Verbesserung der Calciumausnutzung bei der Desoxidation und Entschwefelung durch Einblasen von feinkörnigen Calciumverbindungen in große Stahlbadtiefen. Entwicklung eines Reaktionsmodells und Überprüfung des Modells am Beispiel der Entschwefelung von 120-t-Stahlschmelzen in Schamotte- und Dolomitpfannen. Anwendung des Modells zur Beschreibung der Entschwefelung von Stahlschmelzen mit Calciumdampfblasen unter vermindertem Außendruck und im Gegenstrom.     

Zur Analogie zwischen schäumenden Sauerstoffaufblaskonvertern und fluidierten Feststoffsystemen

Erörterung über die durch Selbstbeschleunigung der Reaktionen im System Sauerstoffaufblasstrahl–Blasendispersion im Sauerstoffaufblaskonverter verstärkte Entwicklung von Kohlenmonoxid mit einer ständigen Ausdehnung der Blasendispersion und schließlich einem Überlaufen des Konverters. Hinweise auf die dadurch gegebene Begrenzung der Umsatzgeschwindigkeit im Sauerstoffaufblaskonverter. Suche nach einer kritischen, zum Überschäumen führenden Sauerstoffaufblasgeschwindigkeit. Analogien zwischen dem Schäumen im Sauerstoffaufblaskonverter und dem Verhalten fluidierter Feststoffsysteme oder Blasensäulen. Darstellung der Eigenschaften fluidierter Feststoffsysteme und der mathematischen Beziehungen zu ihrer Beschreibung. Vergleich der Roheisen-Schlacke-Festpartikel-Gasblasen-Dispersion im Sauerstoffaufblaskonverter mit einer gasfluidierten Wirbelschicht. Berechnung der unteren und oberen kritischen Strömungsgeschwindigkeit des in der Blasendispersion aufsteigenden Kohlenmonoxids und Vergleich mit Daten für Sauerstoffaufblaskonverter.     

Zusammenhang zwischen Kornzerfallanfälligkeit und Nitridausscheidungen bei dem Stahl X 2 CrNiN 19 9

Quantitative Erfassung der Nitride im austenitischen Stahl X 2 CrNiN 19 9 zur Beschreibung des Ausscheidungsverhaltens durch chemische und elektrochemische sowie Röntgenfeinstruktur- und elektronenoptische Untersuchungen. Ermittlung der Kornzerfallanfälligkeit durch Korrosionsprüfungen nach Strauß und Huey. Vergleich des Verhaltens gegenüber Kornzerfall mit den Nitridausscheidungen.     

Vermischungsvorgänge beim Stranggießen

Die Untersuchung stationärer und instationärer Zustände beim Sequenzgießen auf einer Brammenstranggießanlage hat Informationen über die wichtigsten Einflußparameter auf den Ablauf der Vermischungsvorgänge geliefert. Je nach betrieblichen Gegebenheiten und Erfordernissen können Gießstrategien zur Abflachung oder Aufrichtung der vermischungsbedingten Konzentrationsverläufe im festen Strang angewendet werden. Die modellmäßige Beschreibung der Mischvorgänge wurde unter vereinfachenden Annahmen und erster Näherung nach dem Konzept der Kaskade mit seriellen Mischzellen vorgenommen. Es ist zu erwarten, daß die Mischvorgänge beim Stranggießen in Zukunft wegen steigender Ansprüche an die Gleichmäßigkeit des Produktes im Mittelpunkt von Entwicklungsarbeiten stehen werden.     

Experimentelle Untersuchungen der Strömungen,Turbulenz und Teilraumausbildung an Kaltmodellen gasgerührter Mischreaktoren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen an Wasser- und Quecksilbermodellen bodengeblasener Reaktoren durchgeführt, um ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Durchmischungsvorgänge weiterzuentwickeln. Dieses mathematische Modell beruht auf der Einteilung des Gesamtsystems in Subsysteme, die als ideale Mischer miteinander im Stoffaustausch stehen. Die Strömungsverhältnisse sowie ungefähre Anzahl, Lage und Größe der Teilräume wurden unter Variation der Gasvolumenströme, der Gefäßdurchmesser und der Füllstandshöhen zunächst mit Hilfe des Lichtschnittverfahrens erfaßt. Lichtschnittuntersuchungen mit Fluoreszen als Tracer dienten zur Beobachtung des Mischverhaltens der Einzelteilräume sowie zur Bestimmung der Gesamtmischzeiten. Mit einem Laser-Doppler-Anemometer wurden sowohl die großräumigen als auch die lokalen Strömungs- und Turbulenzprofile ermittelt. Aus den so erhaltenen Daten wurden die genaue Lage und die Größe der Teilräume sowie die Stoffaustauschströme zwischen diesen bestimmt. Weiterhin wurden Konzentrationsmessungen an Quecksilbermodellen durchgeführt. Der Vergleich dieser Messungen mit den an Wassermodellen erhaltenen Strömungs- und Turbulenzprofilen führte zu einer Einteilung in fünf Teilsysteme, mit der bei Anwendung des mathematischen Modells gute Übereinstimmung zu gemessenen Werten erzielt werden konnte.     

Die Anwendung eines mathematischen Modells auf die Regelung eines Wärmofens

Kopplungsgrößen zur Automatisierung von Walzstraßen unter Einbeziehung der Wärmöfen. Brammenziehtemperatur, zulässiger größter Temperaturunterschied, Verarbeitungszeit. Eigenschaften eines mathematischen Modells zur Regelung von Wärmöfen unter Berücksichtigung der Walzstraße. Arbeit im ?On-line”-Betrieb. Aufbau des Modells in drei Teilen. Die Temperaturfeldberechnung, die Berechnung der optimalen Heizmitteltemperaturverteilung sowie die Berechnung der örtlichen und zeitlichen Überlagerung. Berechnung des Temperaturfeldes über die bekannten Differenzenverfahren. Ermittlung eines Verfahrens zur Bestimmung der optimalen Heizmitteltemperatur aus dem thermokinetischen Gleichgewicht zwischen dem zu betrachtenden Körper und seiner Umgebungstemperatur. Berücksichtigung der zeitlichen Randbedingungen. Kurze Beschreibung des Programms.     

Mathematisches Modell zur Berechnung der Sumpfgeometrie bei Stranggieß-und Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren

Beschreibung eines mathematischen zweidimensionalen Modells zur Bestimmung des stationären Temperaturfeldes und des Sumpfprofils beim Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren und beim Stranggießverfahren. Angaben einer analytischen Lösung des Wärmeleitproblems für Zylinderprofile und Rechteckquerschnitte. Erfassung der Erstarrung in einem numerischen Modell unter Berücksichtigung einer Wärmequelle im Erstarrungsintervall bei Legierungen und durch eine Phasenübergangsbedingung bei Reinmetallen. Erörterung über die Anwendungsbereiche der mathematischen Lösungen für die verschiedenen Betrachtungsweisen.     

Beschreibung der Fließkurve auf der Basis phänomenologischer Ansätze am Beispiel eines Baustahls

Zur Beschreibung der Fließkurve des untersuchten Baustahls wurde ein allgemeines phänomenologisches Modell zur Entwicklung der Gesamtversetzungsdichte mit der plastischen Vergleichsdehnung herangezogen. Spezielle Formen dieser Evolutionsgleichung liefern bekannte empirische Fließgesetze. Unter Berücksichtigung der Randbedingungen bei der Herleitung dieser Gesetze sind deren Koeffizienten physikalisch plausibel zu interpretieren. Der gebräuchlichen Hollomon-Gleichung ähnliche Potenzfunktionen, die eine additive Konstante enthalten, sind auf der Basis dieser Modellvorstellung als Fließgesetze ohne Berücksichtigung von Erholungsprozessen zu verstehen. Die Güte der Approximation ist folglich stark von der Versuchstemperatur abhängig. Die Voce-Gleichung stellt die exakteste Beschreibung der Fließkurve des untersuchten Stahls dar. Aufgrund der Berücksichtigung von Erholungsvorgängen enthält die Voce-Gleichung, im Gegensatz zu den anderen Ansätzen, eine Grenz- oder Sättigungsspannung, deren Temperaturabhängigkeit unter Zugrundelegung eines thermisch aktivierten Versetzungsprozesses quantifiziert werden kann. Abweichungen am Beginn homogener plastischer Verformung sind auf die Wirkung eines zweiten Strukturparameters, der Dichte der beweglichen Versetzungen zurückzuführen. Mit Hilfe neuerer Modellvorstellungen kann dieser Bereich quantitativ beschrieben werden.     

Das Hochofenschlackensystem Al2O3–CaO–MgO–SiO2 bei 1600, 1500 und 1400 °C

Beschreibung von Sättigungsflächen im System Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ durch isotherme Schnitte im Konzentrationsbereich der Hochofenschlacken für 1600, 1500 und 1400 °C. Räumliche Tetraederdarstellungen und quantitative Grundrißprojektionen nach Überprüfung und Neufestlegung der Grenzflächen des homogenen Schlackenraumes durch Sättigungsschmelzen. Vollständige Darstellung des Grundsystems Al₂O₃–CaO–SiO₂ für 1600, 1500 und 1400 °C. Beispiel für die Anwendung der quantitativen Grundrißprojektion zur Einschätzung der Heterogenität von flüssigen Hochofenschlacken.     

Einfluß der Elemente Chrom,Mangan, Kobalt,Nickel, Molybdän und Wolfram auf die Diffusion des Stickstoffs in flüssigen Eisenlegierungen

Beschreibung von Versuchsverfahren zur Ermittlung von Diffusionskoeffizienten des Stickstoffs in Metallschmelzen. Angaben über die stationäre, instationäre und kombinierte Technik. Ausführungen über den apparativen Aufbau und die Durchführung und Auswertung der Versuche. Versuchsergebnisse über den Diffusionskoeffizienten des Stickstoffs in reinen Eisenschmelzen sowie zum Einfluß der Legierungselemente Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Molybdän und Wolfram im Temperaturbereich von 1550 bis 1700 °C. Summarische Darstellung und Erörterung der Einflüsse der Legierungselemente auf den Stickstoffdiffusionskoeffizienten in Eisenschmelzen.     

Untersuchungen zur Wärmeübertragung bei der Spritzwasserkühlung von Stahlplatten

Mittels eines instationären Untersuchungsverfahrens wurde der Wärmeaustauschvorgang bei der Wasserabspritzung in einem sich auf die Kühlstrecke einer Warmwalzanlage beziehenden Bereich untersucht. Es wurde der Einfluß von Wasserbeaufschlagungsdichte, Oberflächenstoßdruck, Wasserschicht und Material auf den Wärmetransport überprüft. Die gesamte Oberflächenwärmestromdichte wurde als passende Größe zur Beschreibung der Wärmeübertragung bei der Wasserabkühlung besonders im Bereich der instabilen Filmverdampfung ausgewählt. Quantitativ wurde diese Größe unter verschiedenen Abkühlbedingungen ermittelt. Nach Forderung der Kühlungssimulationsaufgabe wurde die ?Stepwise Regression Procedure“ verwendet, um die Form und die entsprechenden Parameter der Regressionsformeln festzustellen. Die Ergebnisse für X 5 CrNi 18 8 wurden dargestellt. Solche mathematische Darstellungen können Wärmerandbedingungen in den Bereichen der stabilen und instabilen Filmverdampfung sowie der Blasenverdampfung kontinuierlich erfassen. Die Ergebnisse enthalten die wichtigsten Einflußfaktoren, wie einerseits Oberflächentemperatur (150–850°C) und andererseits Wasserbeaufschlagungsdichte (300–1500 l/(m² · min)). Diese Methode eignet sich als Grundlage zur Ermittlung der Wärmerandbedingungen unter den verschiedenen simulierten Kühlungsbedingungen und stellt somit den Ansatz eines zuverlässigen Modells zur Simulation und Optimierung des Warmwalzprozesses bzw. des Wärmebehandlungsprozesses und schließlich auch der ganzen Anlage dar.     

Bestimmung von Mindestbiegeradien beim Biegen von runden Drähten und Stäben

Aufgabenstellung des Forschungsvorhabens. Beschreibung des angewendeten Rißprüfverfahrens. Ableitung der Gleichungen für den minimalen Biegeradius. Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Mindestbiegeradius, Zugfestigkeit, Streckgrenzenverhältnis, Härte bei verschiedenen Stahlsorten in walzhartem und vorgezogenem Zustand. Örtliche Dehnungsverteilung. Entwicklung einer einfachen Beziehung zwischen Mindestbiegeradius und Brucheinschnürung. Diskussion dieser Korrelation anhand visioplastischer Ergebnisse.     

Einfluß von überlagerter Badströmung,Stofftransport und Badgeometrie auf eine Gasdispersion

Das früher entwickelte digitale Simulationsmodell zur Beschreibung der Vorgänge, die durch das Einleiten von Gas in eine Stahlschmelze initiiert werden, wird benutzt, um den Einfluß einer überlagerten Flüssigkeitsströmung, des Stoffaustauschs, der Badgeometrie und unterschiedlicher Gasdurchsätze auf Bildungsfrequenz, Zahl und Oberfläche der Blasen, den relativen Gasgehalt und die Auswaschwirkung zu untersuchen. Mit steigender Badgeschwindigkeit entstehen mehr und kleinere Blasen, eine strömende Flüssigkeit sorgt also selbst für eine feinere Dispergierung des eingeblasenen Gases. Dieser Dispergiereffekt verstärkt sich bei Stoffaustausch, obwohl grundsätzlich der Stoffübergang in die Blase hinein sie vergrößert. Die Verweilzeit der Blasen im Bad sinkt wegen der Verkürzung der Blasen-ablösezeiten und wegen des schnelleren Durcheilens des Bades infolge des Gleichstroms. Unter den vorgegebenen Bedingungen vermag die bessere Gasdispergierung nicht, die Nachteile aus kleinerer Blasenoberfläche und kürzerer Verweilzeit im Bad zu kompensieren, wenn man den Erfolg ausschließlich am Auswascheffekt mißt. Dieser Effekt sinkt mit steigender Badgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis bleibt auch dann bestehen, wenn man die unterschiedlichen Verweilzeiten berücksichtigt. Bäder mit hohem Schlankheitsgrad sind meistens günstig. Stoffaustausch kann Abhängigkeiten von der Badgeschwindigkeit umkehren, beispielsweise beim relativen Gasgehalt. Die Ergiebigkeit des Stoffaustauschs spielt eine wichtige Rolle, beispielsweise vergrößern höhere Badkohlenstoffgehalte die spezifische Phasengrenzfläche und den relativen Gasgehalt im Bad. Das Simulationsmodell läßt Aussagen zu, die im Experiment nur schwer zu gewinnen sind; beispielsweise erlaubt es nicht nur ?Momentaufnahmen” von der Gesamtzahl aller Blasen und der spezifischen Phasengrenzfläche im Bad, sondern auch von der Blasenzahl und Grenzfläche, die man aus der Einheitsmenge des eingeblasenen Gases erhalten kann. Man erhält somit Hinweise für die Auslegung und Betriebskosten der Aggregate. Bei der Prüfung des Auswascheffektes kann man die Betrachtung der Möglichkeiten des Gases von den am Bad erzielten Effekten trennen, die Optima des Gasausnutzung (in bezug auf das Auswaschen) fallen nicht mit den Optima der Badraffination zusammen.