Tobias Loose Einfluß des transienten Schweißvorganges ... - Tl-ing.de

5 Temperaturfeldberechnung
5.3 Thermodynamische Werkstoffkennwerte
Zu den für die Temperaturfeldberechnung benötigten Werkstoffkennwerten
gehören die Wärmeleitfähigkeit, die Dichte und die spezifische Wärmekapazität
(sc. Abschnitt 5.1). Diese Werkstoffkennwerte sind temperatur- und
gefügeabhängig. Sie werden getrennt für die Phasen Ferrit, Bainit, Martensit
mit kubisch- bzw. tetragonal-raumzentriertem Kristallgitter und für die
γ-Phase Austenit mit kubisch-flächenzentriertem Kristallgitter definiert.
Die in Abbildung 5.2 über der Temperatur aufgetragenen Wärmeleitfähigkeiten
für die α- und γ-Phase wurden aus Richter [Ric83] den Werten für Kesselstahl
H II und den Werten für austenitische Chrom-Nickel-Stähle entnommen.
Für den Bereich über der Schmelztemperatur von 1500 ◦ C wird ein linearer
Anstieg der Wärmeleitfähigkeit auf 400 W m K
bei 3000 ◦ C angesetzt, um
die konvektiven Vorgänge im Schmelzbad zu approximieren [PW05a, Ham96,
GM05].
Der verwendete und in Abbildung 5.3 dargestellte temperaturabhängige Verlauf
der Dichte aus Richter [Ric73] wird durch Messungen von Peil und Wichers
[PW05b] bestätigt.
Die dritte für die Temperaturfeldberechnung notwendige Größe ist die spezifische
Wärmekapazität c. Sie ist ein Maß für die Wärmemenge, die vom Bauteil
aufgenommen wird, wenn es um 1K erwärmt wird. Die für die Berechnungen
angesetzte spezifische Wärmekapazität ist für die α- und γ-Phase in Abbildung
5.4 über der Temperatur aufgetragen.
Die spezifische Enthalpie h beschreibt die bei einer bestimmten Temperatur im
Bauteil enthaltene Wärme. Bei der Phasenumwandlung wird wie beim Schmelzen
oder beim Verdampfen Wärme aufgenommen oder freigesetzt, ohne daß
sich die Temperatur ändert. Diese Wärme wird latente Wärme genannt.
Durch die latente Wärme erhöht sich die spezifische Enthalpie im Bereich
der Umwandlungstemperatur. Die Enthalpiekurve besitzt an dieser Stelle einen
Sprung. Da mit Sysweld die Phasenumwandlung in Abhängigkeit vom Temperaturfeld
berechnet wird und der Temperaturbereich der Umwandlung variabel
ist, ist die Definition einer festen Enthalpiekurve ungeeignet.
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