Temperatur- und Konzentrationsausgleich unter Vernachlässigung von Ortsabhängigkeit (PDF)

Es wird gezeigt, wie sich kinetische Aspekte von Wärmeleitung, Temperaturausgleich, Diffusion und Materialeigenschaften auf weitgehend ähnlicher physikalischer Grundlage beschreiben lassen. Dabei wird von Näherungslösungen der Wärmeleitungs- und Diffusionstheorie Gebrauch gemacht, indem bevorzugt Bedingungen betrachtet werden, unter denen Ortsabhängigkeiten von Temperatur- und Diffusionsgradient als nachrangig bis vernachlässigbar anzusehen sind. Die zu Diffusion und Reaktionskinetik zusammengestellten Modellansätze und die gezeigten Anwendungsbeispiele vermitteln einen spezifischen Ausschnitt aus einem sehr weiten Umfeld thermisch aktivierter Werkstoffbeeinflussung. Dabei können die Modellabstraktionen vor allem immer dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn eine metallphysikalisch tiefergehende Betrachtung nicht möglich oder zu aufwendig wäre. Dabei wird das reaktionskinetische Modell stets am konkreten Experiment ausgerichtet und mittels Parameteridentifikation (durch numerisches Lösen der inversen Aufgabe als nichtlineares Quadratmittelproblem) quasi justiert. Umgekehrt zeigt dann das Modell, unter welchen Verfahrensbedingungen bzw. in welchen Versuchsbereichen es zweckmäßig sein kann, weitere Versuche vorzusehen bzw. zu ergänzen. Damit ermöglicht das Konzept eine effiziente, weil evolutionäre Versuchsplanung und -durchführung. Insbesondere aber können die konkreten Modelle dem Ingenieur in der Praxis aufzeigen, welche thermischen Verfahrenseinstellungen vorzunehmen sind, um gewünschte Werkstoffeigenschaften zielgerichtet ansteuern und erreichen zu können. Einige Fallbeispiele, so u. a. zur thermisch aktivierten Entfestigung, zur Kinetik des Verzunderns, zur Phasenumwandlung, zur Sinterkinetik, zur Diffusion von Oberflächenschichten, zum Presshärten und Ziehglühen sowie zum Innenhochdruckumformen, dienen der näheren Erläuterung der Modellierung thermisch aktivierter Werkstoffreaktionen, Verfahren, die sich in Forschung und Industrie bewährt haben.