Die Werkstoffdatenbank mit experimentell ermittelten Werkstoffdaten und -modellen zur realitätsnahen FEM-Simulation

MatILDa^® ist eine innovative Materialdatenbank mit einer umfangreichen Sammlung an Materialdaten zur Simulation des Werkstoffverhaltens in Umformprozessen und bei der Wärmebehandlung. Diese zum großen Teil experimentell ermittelten Werkstoffdaten können bei verschiedensten Simulations-, FEM-Programmen und individueller Prozesssoftware genutzt werden und ermöglichen eine exakte Simulation des Werkstoffverhaltens. MatILDa^® unterstützt somit eine realitätsnahe Abbildung ihres Prozesses im Rahmen einer professionellen Materialsimulation. Für eine Vielzahl an Stählen, Nichteisenmetallen (NE Metallen) und Sonderwerkstoffen können umfangreiche Informationen abgerufen werden:

✔ Temperaturabhängige Eigenschaften wie Elastizitätsmodul (E-Modul), Wärmeausdehnung, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme, Dichte, linearer Ausdehnungskoeffizient, Temperaturleitfähigkeit und Querkontraktionszahl auf der Grundlage experimenteller Daten
✔ Fließkurven Datenbank mit diversen Fließkurvenmodellen auf Grundlage experimenteller Daten
✔ Modelle zum Rekristallisationsverhalten zur Berechnung der Korngrößenverteilung
✔ ZTU Datenbank mit ZTU-Diagrammen, UZTU-Diagrammen, Schweiß-ZTU-Diagrammen, isothermen ZTU-Diagrammen
✔ Modelle zur Phasenumwandlung mit Hilfe neuronaler Netze

Grundsätzlich liegen Werkstoffdaten und Werkstoffmodelle für metallische Legierungen vor: Stähle, Nichteisen Metalle und Sonderwerkstoffe. In der Materialdatenbank MatILDa^® gibt es gängige Kohlenstoffstähle wie C35 oder C45 (1.0501 oder 1.0503), Einsatzstähle wie 16MnCr5 (1.7131) als auch der Vergütungsstahl 42CrMo4 (1.7225) oder hochlegierte Stähle wie ein X5CrNi18-10 (1.4301). Finden Sie in unserer Werkstoffdatenbank auch Titanwerkstoffe wie TiAl6V4 (3.7165) sowie verschiedenste Nickelbasislegierungen wie Inconel 600, Inconel 625 und Inconel 718 (NiCr15Fe 2.4816, NiCr22Mo9Nb 2.4856 und NiCr19NbMo 2.4668) oder den NiMn5 (2.4116). Außerdem liegen Materialeigenschaften für den AlMg3 (3.3535) oder den CuZn37 (2.0320) vor. Weitere Legierungen von Zinn, Cadmium und Blei können auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden. Schauen Sie gern in unsere Werkstoffliste!

Passend zu verschiedenen Umformprozessen und Wärmebehandlungsmöglichkeiten liegen in der Materialdatenbank MatILDa^® auch die entsprechenden Werkstoffdaten und Modelle vor, die auf realen Experimenten basieren und über Jahrzehnte gesammelt wurden. Diese ermöglichen eine realitätsnahe Werkstoffmodellierung.

MatILDa^® beinhaltet zahlreiche wärmephysikalische Kennwerte als Funktion der Temperatur wie Wärmeausdehnung, E-Modul, Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärme, Dichte und Temperaturleitfähigkeit. Diese liegen für Legierungen von Stahl, Titan, Aluminium, Nickel, Cobalt, Kupfer und Zink vor.

Die Software MatILDa^® enthält in einer umfangreichen Fließkurvendatenbank zahlreiche Fließkurven in tabellarischer und analytischer Form. Es handelt sich dabei um Warmfließkurven und Kaltfließkurven als Funktion von Umformtemperatur, Umformgrad und Umformgeschwindigkeit. Weitere Einflüsse auf die Fließspannung sind der Gefügezustand des Werkstoffs, der Wärmebehandlungszustand des Materials, beispielsweise walzhart, normalgeglüht oder weichgeglüht, sowie der Spannungszustand beim gewählten Umformverfahren: Stauchversuch, Torsionsversuch oder Zugversuch. In der Werkstoffdatenbank MatILDa^® werden verschiedene Ansätze nach Hensel/Spittel für Kalt- und Warmfließkurven sowie auf die Fließspannungsbeschreibung aus Messwerttabellen genutzt. Diese sind für metallischen Legierungen im Bereich der Stähle, NE-Metalle und Sonderwerkstoffe verfügbar.

Das Gefüge metallischer Werkstoffe rekristallisiert während der Umformung dynamisch, wenn der kritische Umformgrad für den Beginn der dynamischen Rekristallisation überschritten wird. In den Pausen zwischen den Umformschritten rekristallisiert der Werkstoff in den Bereichen, wo keine dynamische Rekristallisation stattgefunden hat, statisch (statische Rekristallisation). Das semi-empirische Modell beschreibt diese Korngrößenänderungen inklusive möglichem Kornwachstum im Werkstoff im Rahmen einer Mikrostruktursimulation. Für Stähle und eine Reihe von Ni-Basis-Legierungen sind die Parameter in der Materialdatenbank verfügbar.

Als Grundlage für die Modellierung der Phasenumwandlung stehen in der Materialdatenbank MatILDa^® für eine Vielzahl an Stahlsorten experimentell aufgenommene ZTU-Schaubilder in Form von kontinuierlichen ZTU-Diagrammen, UZTU-Diagrammen, isothermen ZTU-Diagrammen, Schweiß-ZTU-Diagrammen und Abkühl-ZTU-Diagrammen in einer ZTU Datenbank zur Verfügung.

Außerdem kann die Phasenumwandlung auf Grundlage der ZTU-Schaubilder für beliebige Abkühlverläufe im Rahmen einer Gefügesimulation modelliert werden: mit Hilfe von neuronalen Netzen können für eine Reihe von Stahlgruppen anhand der chemischen Analyse und der Austenitisierungstemperatur die Gefügemengenanteile und die Härte bestimmt werden.

Im Bereich der Simulation des Werkstoffverhaltens (FEM-Simulation) hat MatILDa^® das Haupteinsatzgebiet. Die Abbildung eines Umformprozesses oder einer Wärmebehandlung im Rahmen einer FEM-Simulation kann zu einer praxisnahen Beurteilung herangezogen werden. Jedoch müssen die dahinterstehenden Materialdaten und Werkstoffmodelle auch das reale Verhalten der Werkstoffe widerspiegeln. Je exakter die vorliegenden Daten der Werkstoffdatenbank sind und je besser die Aufnahmeparameter zu dem abzubildenden Prozess passen, desto höher ist der Übereinstimmungsgrad der Simulationsergebnisse mit der Realität. Die Materialdatenbank ist ein umfangreicher und zuverlässiger Grundstock, um präzise Aussagen zum Werkstoffverhalten und zur Eigenschaftsausbildung treffen zu können, beispielsweise über:

• den Einfluss der chemischen Analyse auf die wichtigsten Materialeigenschaften,
• die Materialeigenschaften resultierend aus Umformprozessen und Wärmebehandlungen,
• die mechanischen und physikalischen Eigenschaften als Funktion der Temperatur und
• die Mikrostruktur, z. B. mittlere Korngröße, Korngrößenverteilung, rekristallisierte Anteile, Kornwachstum,
• die Phasenumwandlung (z. B. Phasenanteile von Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit, Härtewerte) während der Umformung und Abkühlung.

Simulationsprozesse unterstützen in vielerlei Hinsicht die Einschätzung von realen Umformprozessen und Wärmebehandlungen, sei es im Rahmen der Prozessauslegung, bei der Identifikation von Fehlern oder beim Einsatz gänzlich neuer Werkstoffe. Möchten Sie beispielsweise vor dem Einsatz eines neuen Werkstoffes die Belastungen an den Werkzeugen mithilfe einer Werkstoffdatenbank mit exakten Daten abschätzen? Oder möchten Sie eine neue Temperaturführung vor einem Versuch oder sogar anstatt eines Versuches simulieren? Sind konstruktive Anpassungen Ihrer Maschinen oder Werkzeuge geplant, welche vor einer kostspieligen Investition in eine FEM-Software geprüft werden sollen? Oder haben Sie Fehlstellen an Ihren Bauteilen, deren Ursache sie ergründen möchten?

Die Werkstoffdatenbank MatILDa^® ist bei vielen unserer Kunden im Einsatz, ob zur Unterstützung von Offline- oder Online-Prozessmodellen oder als Datenbasis für die FEM-Simulation. Grundsätzlich können die Werkstoffdaten und Werkstoffmodelle in allen Umformprozessen und Wärmebehandlungsverfahren eingesetzt werden.

Der Datenaustauch erfolgt unkompliziert über Export-Files oder die direkte Kopplung mit Simulationsprogrammen. So existieren unter anderem für simufact, QForm UK, AutoForm und KMS-Standardschnittstellen. Es besteht auch die Möglichkeit, MatILDa^® als alleinstehendes Programm zu nutzen. So können Werkstoffdaten firmenspezifisch verwaltet und ergänzt werden.

In einer interaktiven Oberfläche können die Materialdaten sowie die Werkstoffmodelle visualisiert und mit praktischen Reglern die Einflüsse von individuellen Einstellungen der jeweiligen Modellparameter simuliert werden.

Der richtige Umgang mit Materialdaten unterstützt die realitätsnahe Abbildung im Rahmen einer FEM-Simulation. Seit über zwanzig Jahren wird die Software MatILDa^® bei der GMT mbH kontinuierlich entwickelt. Dabei bringen die MitarbeiterInnen der GMT ein umfangreiches Werkstoff- und Prozesswissen mit und können Sie daher kompetent hinsichtlich der geeigneten Nutzung der Werkstoffdaten beraten.

Wir sind daher der perfekte Ansprechpartner für spezifische Rückfragen, Beratung und Individualisierung Ihrer Software zur Simulation!
Bei der GMT liegt ein umfangreiches Werkstoff-Know-How vor, welches das Angebot der Materialdatenbank MatILDa^® abrundet:

für den Einsatz neuer Legierungen z. B. bei Stahl, Titan, Aluminium, Nickel (Inconel), Cobalt, Kupfer, Zink

u. a. bei Fließkurven, Rekristallisationsmodellen und ZTU-Schaubildern für die geeignete Aufnahme neuer Werkstoffdaten und Modelle für spezielle Anwendungsfälle

Wir übernehmen die Aufnahme neuer Werkstoffdaten, die Plausibilitätsprüfung der gewonnenen Ergebnisse und Einpflegen der Werte bzw. Zusammenhänge in die Werkstoffdatenbank

Dazu gehören kontinuierliche und isotherme ZTU-Diagramme, UZTU-Diagramme, Schweiß-ZTU-Schaubilder sowie Abkühl-ZTU-Schaubilder

Wir sind Ihr idealer Partner zur Auswahl der geeigneten Werkstoffdaten und Modelle und bieten Unterstützung bei der Interpretation von Simulationsergebnissen von Umformprozessen und Wärmebehandlungen.

Die Mitarbeiter der GMT haben ein Gespür für Werkstoffe: Ist diese Legierung leicht umformbar? Werden sich bei dieser Zusammensetzung Ferrit, Perlit, Bainit oder andere Phasenanteile bilden? Oder wird Sie beim Erwärmen aufschmelzen? Welches Wärmebehandlungskonzept eignet sich für eine bestimmte Legierung? Und müsste die Fließkurve dieser Stahllegierung eine ausgeprägte Streckgrenze aufweisen? Welche Phasen sollten im ZTU-Diagramm bei diesem Werkstoff abgebildet werden? Und welches Prüfkonzept brauche ich für die Simulation eines Gesenkschmiedeprozesses?

Die GMT mbH arbeitet seit Ihrer Gründung im Spannungsfeld der metallverarbeitenden Industrie und der Forschung. Aus diesem Grund können im Bereich der Umformtechnik bei der GMT mbH sowohl theoretische Zusammenhänge vermittelt und erworben als auch der Einsatz im Industriemaßstab kompetent begleitet werden.

Möchten Sie in Ihrem Unternehmen den Umgang mit Werkstoffdaten ausbauen? Oder möchten Sie MatILDa^® als Werkstoffdatenbank für Ihre Werkstoffdaten nutzen? Gern beraten wir Sie rund um Werkstoffdaten sowie Werkstoffmodelle und deren Aufnahme, Modellierung, Bewertung und Pflege. Sprechen Sie uns für weitere Informationen gern an.