SimCarb – Eine leistungsfähige Windows-Expertensoftware für das rechnergestützte Einsatzhärten∗

Kurzfassung Einsatzhärten beruht auf der kontrollierten Eindiffusion von Kohlenstoff meist aus regelbaren Kohlenwasserstoffatmosphären in die Randschicht eines Werkstücks und nachfolgendem Härten. Bauteilzuverlässigkeit, Ressourcenschonung und Produktionskosteneffizienz machen hohe Treffsicherheit der Prozesszielgrößen erforderlich. Diese strengen Anforderungen werden nach Stand der Technik in der heutigen Praxis häufig nicht erfüllt, wie das Ergebnis eines Soll-Ist-Vergleichs verdeutlicht. Die Erfolg versprechende Prozessoptimierung des Einsatzhärtens beruht auf einem leistungsfähigen Computersimulationswerkzeug. Unter einer intuitiven mausgesteuerten grafischen Benutzeroberfläche mit Pulldown-Menüs und Dialogfenstern bietet die Windows-Expertensoftware SimCarb höchste Rechengenauigkeit und flexibel definierbare Verfahrensführung. Dank effizient programmierter Algorithmen erfordert die Simulation eines typischen Einsatzhärteprozesses 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 konzentrationsabhängige Diffusion erweitert, entwickelt und mit dem Newton'schen Iterationsalgorithmus gelöst. Aus den berechneten Kohlenstofftiefenverläufen werden die resultierenden Härteprofile abgeleitet. Die komfortable Bedienung des Programms wird ausführlich beschrieben. Eine Kurzdarstellung der Methode der integralen Prozessoptimierung des Einsatzhärtens verdeutlicht den Bezug zur Anwendung. Hierzu werden auch geeignete Messverfahren zur Bestimmung von Ein- und Ausgabegrößen diskutiert. SimCarb erlaubt die Simulation von beliebig komplexen mehrstufigen und teilweise oder durchgehend kontinuierlich geführten Gasaufkohlungsprozessen. Dies schließt beispielsweise Behandlungsschritte unter Schutzatmosphäre, Pendelglühungen und geregeltes Abkühlen ein. Auch feste oder flüssige Kohlungsmittel können verwendet werden. Als Werkstoffdatenbanken stehen fünf Bibliotheken mit insgesamt 32 Referenzen für den Diffusionskoeffizienten, den Legierungsfaktor und die Härtbarkeit zur Verfügung. Optional weist der Benutzer diese Größen frei zu. Das Online-Bildschirmarbeitsblatt stellt Ein- und Ausgabe mit Auswertungen in Diagrammen und einem Zahlenblock während der laufenden Computersimulation in Echtzeit dar. Die Simulationsbeispiele erläutern das praktische Vorgehen bei Prognose, Kalibrierung mit Ergebniskontrolle, Analyse und Optimierung von Einsatzhärteprozessen sowie für die Strategieentwicklung und Durchführung von Parameter- und Machbarkeitsstudien. Dem industriellen Anwender stehen damit grundlegende Informationen zur Verfügung, die im Versuch nicht oder nur mit großem Aufwand zugänglich sind. Die SKF-Expertensoftware SimCarb kann Rentabilität und Qualität des Einsatzhärtens nachhaltig steigern und stellt ein effizientes Werkzeug der rechnergestützten Wärmebehandlung dar.