Die Induktionshärtung von Stahl - Mathematische Modellierung und optimales Design von Induktoren

Dietman Hömberg

Nov. 20, 2002, 5:45 p.m. HS 10

Bei den meisten Konstruktionsteilen des Maschinenbaus gibt es Bereiche der Oberfläche, die einer besonderen Belastung ausgesetzt sind. Das Ziel der Oberflächenhärtung ist es, die Härte der entsprechenden Randschichten durch Erwärmung und anschliessende rasche Abkühlung zu vergrössern. Diese Wärmebehandlung führt zu Änderungen in der Mikrostruktur, welche die gewünschte Härtung bewirken.

Im ersten Teil meines Vortrags stelle ich ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Induktionshärtung von Stahl vor, in dem elektrische, thermische und mechanische Effekte berücksichtigt werden.

Im zweiten Teil werden analytische Aspekte des Modells diskutiert und die Existenz einer schwachen Lösung für das gekoppelte System bewiesen.

Die Form der zu härtenden Oberfläche verlangt häufig Induktorformen von sehr komplexer Geometrie. Aber selbst wenn die prinzipielle Induktortopologie festgelegt ist, bedarf es noch einer genauen Justierung des Kopplungsabstands zwischen Induktor und Werkstück, um das gewünschte Härteprofil zu erhalten. Diesem Designproblem ist der letzte Teil meines Vortrags gewidmet. Wesentliche Fragestellungen dabei sind die Formulierung eines wohldefinierten Optimierungsproblems und eine Sensitivitätsanalyse. Der Vortrag endet mit der Präsentation einiger numerischer Resultate zur Simulation von Induktionswärmebehandlungen.