Verzugsminderung durch Volumenexpansion einer kontrollierten martensitischen Phasenumwandlung in Strahlschweißprozessen

Gach, Stefan; Kannengießer, Thomas; Reisgen, Uwe

doi:43668

Verzugsminderung durch Volumenexpansion einer kontrollierten martensitischen Phasenumwandlung in Strahlschweißprozessen = Distortion reduction through volume expansion of a controlled martensitic phase transformation in beam welding processes

Gach, Stefan^RWTH*

2024

VerantwortlichkeitsangabeStefan Gach

ImpressumDüren : Shaker Verlag 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ReiheAachener Berichte Fügetechnik ; 2024,4

Dissertation, RWTH Aachen University, 2024

Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Reisgen, Uwe (Thesis advisor)^RWTH* ; Kannengießer, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-06-13

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-08591
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/993080/files/993080.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (417610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
LTT-Werkstoffe (frei) ; Low-Transformation-Temperature (frei) ; Strahlschweißen (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Low-Transformation-Temperatur (LTT) Werkstoffe wurden als Zusatzmaterial zur Reduzierung von Zugeigenspannungen in hochfesten Feinkornbaustählen konzipiert. Sie bedienen sich des Volumenexpansionseffektes während einer martensitischen Umwandlung, die bei verringerter Temperatur einsetzt. Diese Volumenexpansion wirkt der Volumen-schrumpfung, welche ursächlich für den Bauteilverzug ist, während der Abkühlung entgegen. Die positiven Effekte dieser LTT-Legierungen auf die Zugeigenspannungsbelastung wurden in verschiedenen Untersuchungen, primär im Bereich des Lichtbogenschweißens bewiesen. Durch die Zugspannungsreduktion bieten diese Werkstoffe auch das Potenzial, positiv auf den Bauteilverzug zu wirken. Im Gegensatz zu den in der Literatur beschriebenen Lichtbogenprozessen, wo LTT-Werkstoff in Drahtform großvolumig zugegeben wird, nimmt der Zusatzwerkstoff in Strahlschweißnähten einen deutlich geringeren Anteil ein. Es erfolgt eine in-situ Legierung des LTT-Gefüges, aus Zusatzwerkstoff und Grundwerkstoff, da je nach Aufmischungsverhältnis bei einer verringerten Martensitstarttemperatur die Phasenumwandlung erfolgt. In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept erarbeitet und erprobt, diese Werkstoffe mit dem Ziel der Verzugsminimierung in Strahlschweißprozessen einzusetzen. Dabei folgt die Vorgehensweise einem modularen Baukastenprinzip. Einzelne Methoden, Metallurgische, Analytische, Prozesstechnische oder Simulative werden hinsichtlich ihres Beitrages zur Beherrschung des LTT-Konzeptes untersucht. Im Zusammenspiel liefern die Methoden die Möglichkeit das LTT-Konzept im Strahlschweißen anzuwenden und in Zukunft auf komplexere Geometrien zu übertragen. Im Ausblick erfolgt ein Beispiel eines möglichen Einsatzes des LTT-Konzepts zur Verzugsminderung auf ein Anwendungsbeispiel im Schienenfahrzeugbau. Dabei werden die einzelnen Methoden des Baukastenprinzips extrapoliert und auf theoretischer Basis angewendet.

Low transformation temperature (LTT) materials have been designed as additive materials to reduce tensile residual stresses in high-strength fine-grained structural steels. These materials utilize the volume expansion effect during a martensitic transformation that be-gins at reduced temperature. This volume expansion counteracts the volume shrinkage, which is the cause of component distortion, during cooling. The positive effects of these LTT alloys on tensile residual stress loading have been demonstrated in various investigations, primarily in the area of arc welding. Due to the reduction in tensile stress, these materials also offer the potential to have a positive effect on component distortion. In contrast to the arc processes described in the literature, where LTT material is added in wire form in large volumes, the filler material in beam welds takes up a much smaller pro-portion. An in-situ alloying of the LTT structure, consisting of filler material and base material, takes place, since, depending on the filler ratio, the phase transformation takes place at a reduced martensite start temperature. In the present work, a concept is developed and tested for using these materials in beam welding processes with the aim of minimizing distortion. The approach follows a modular design principle. Individual methods, metallurgical, analytical process engineering or simulative in nature, are examined regarding their contribution to mastering the LTT concept. In combination, the methods provide the possibility to apply the LTT concept in beam welding and to test it on more complex geometries in the future. The outlook provides an example of a possible application of the LTT concept to minimise distortion in an example application in rail vehicle construction. The individual methods of the modular principle are extrapolated and applied on a theoretical basis.

OpenAccess:
PDF
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