Take Off Projekte bei Böhler Schmiedetechnik Modellierung der Mikrostruktur und der gefügeabhängigen mechanischen Eigenschaften von ß-Titanlegierungen Schulungsprogramm zum Thema „Automatische Vorformgenerierung für die Warmformgebung von Schmiedeteilen für die Luftfahrt“ Stockinger, 19.03.07

BOHLER UDDEHOLM AG 73% 12% 9% 6% Stockinger, 19.03.07 High Performance Metals BÖHLER EDELSTAHL UDDEHOLM TOOLING Welding Consumables BÖHLER SCHWEISSTECHNIK Precision Strip BÖHLER YBBSTAL BAND UDDEHOLM STRIP STEEL Special Forgings BÖHLER SCHMIEDETECHNIK 73% 12% 9% 6% Stockinger, 19.03.07

Umsatz Böhler Schmiedetechnik GmbH & Co KG Personal 588 Mitarbeiter 116 Angestellte 428 Arbeiter 44 Lehrlinge, Karenz,… 491 Produktion 62 Qualitätswesen 11 Verkauf 5 Forschung 19 Administration Stockinger, 19.03.07

Produkt Segmente Luftfahrt Strukturteile Scheiben Schaufeln Spezial- Schmiedeteil Strukturteile für Flugzeuge, Helikopter und Raufahrt Scheiben für Gas und Flugzeugturbinen (Kompressor und Turbine) Schaufeln für Gas- und Dampfturbinen Nischenprodukte Schiffsdieselventile, Medizintechnik,… Stockinger, 19.03.07

FORGING EQUIPMENT Press Forging Shop Hammer Forging Shop 315 MN Spindelpresse mit 2 Dreherdöfen max. Stückgewicht ~300 kg Langschmiedemaschine max.  180 mm 355 MN Spindelpresse Ab 2ndQ 2007 einsetzbar max. Stückgewicht ~1000 kg 35 mt Gegenschlaghammer mit 2 Öfen max. Stückgewicht ~300 kg 12 & 8 mt Hydraulische Hämmer mit je einem Ofen Hydraulische und Exzenter-Pressen sowie Lufthämmer für Forform- und Entgratoperationen Stockinger, 19.03.07

Modellierung der Mikrostruktur und der gefügeabhängigen mechanischen Eigenschaften von ß-Titanlegierungen Stockinger, 19.03.07

Ziele 2004 2005 2006 1.HJ 2007 Das wesentliche technische Ziel des Projektes ist die metallkundlichen Vorgänge bei der thermomechanischen Behandlung der b-nahen Titanlegierungen (Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr) soweit zu verstehen und zu beschreiben, dass es möglich wird die Mikrostruktur von Gesenkschmiedeteilen und folglich deren mechanische Eigenschaften mit großer Sicherheit vorherzusagen. Die wirtschaftlichen Ziele dieses Projektes sind die Zulassung als Lieferant für Schmiedeteile aus Ti-5-5-5-3 für AIRBUS und BOEING sowie die Erzielung eines entscheidenden Wettbewerbsvorteils durch mehr Know-how und daher höhere Qualität der Produkte Stockinger, 19.03.07

Laborversuche zur Ermittlung von Modellparametern Projektübersicht Laborversuche zur Ermittlung von Modellparametern Rein thermische Versuche (Kornwachstum, Phasenumwandlung,…) Thermomechanische Versuche (Phasenanteile, Morphologie, Ausrichtung, Rekristallisation,…) Simulation von Labor- und Schmiedeversuchen Schmiedeversuche und mechanische Erprobung Modellbildung Modellierung der Phasenumwandlung Modellierung von Kornwachstum und Rekristallisation NN-Modellierung der mechanischen Kennwerte Verifikation Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Laborexperimente Temperatur-Zeit-Zyklen Phasenanteile a-Größenverteilung a-Morphologie Umwandlungskinetik b-Korngröße b-Kornwachstum Ti-5-5-5-3 3 min 15 min 30 min T<Tb T≤Tb T>Tb Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Laborexperimente Thermomechanische Versuche Gleeble Fließkurve Phasenanteile a-Größenverteilung a-Morphologie a-Orientierung b-Korngröße b-Rekristallisation T<Tb j = 0 j = 0,7 j‘=0,01 s-1 Ti-10-2-3 j = 0,7 j‘=1 s-1 Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse - Simulation FEM Simulation von Gleebleversuchen: Vergleich Simulation – Versuch Temperaturverläufe T = 788°C j‘ = 1s-1 Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse - Simulation FEM Simulation von Schmiedeversuchen: „Rail“ – Landeklappen Temperaturprofil Ti-10-2-3 „Strut“ - Landebein Vergleichsumformgrad Ti-5-5-5-3 Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Schmiedeversuche Schmiedung eines BOEING Teils aus Ti-5-5-5-3 auf der 315 MN Spindelpresse VP FP Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse – Schmiedeversuche Ergebnisse der mechanischen Erprobung an unterschiedlich geschmiedeter Versuchsteilen Ti-5-5-5-3 2 Unterschiedliche Wärmebehandlungen Stockinger, 19.03.07

Laborversuche zur Ermittlung von Modellparametern Zusammenfassung Laborversuche zur Ermittlung von Modellparametern Rein thermische Versuche (Kornwachstum, Phasenumwandlung,…) Thermomechanische Versuche (Phasenanteile, Morphologie, Ausrichtung, Rekristallisation,…) Simulation von Labor- und Schmiedeversuchen Schmiedeversuche und mechanische Erprobung Modellbildung (Laufend) Modellierung der Phasenumwandlung Modellierung von Kornwachstum und Rekristallisation NN-Modellierung der mechanischen Kennwerte Verifikation (Laufend) Stockinger, 19.03.07

Ausblick Ti-10-2-3 wird kaum noch produziert  Wechsel auf Ti-5-5-5-3 (Nur wenige zugelassene Schmiedehäuser) Ti-5-5-5-3 wird in den neuen Programmen vermehrt eingesetzt werden (B787, A350, 150-Seaters) Weitere Kunden wie z.B. Bell, Sikorsky sind an Ti-5-5-5-3 als Werkstoff für hoch beanspruchte Teile interessiert. Ein Folgeprojekt mit weiteren Titanwerkstoffen und zusätzlichem Fokus auf Wärmebehandlungen ist geplant. Stockinger, 19.03.07

Schulungsprogramm zum Thema „Automatische Vorformgenerierung für die Warmformgebung von Schmiedeteilen für die Luftfahrt“ Stockinger, 19.03.07

Ziele 2004 30.4.2005 Ziel des Projektes war es die F&E Mitarbeiter von Böhler Schmiedetechnik auf neuartige Softwarepakete, welche eine automatische Vorformgenerierung also ein „Reverse Engineering“ eines Schmiedeprozesses ermöglichen, zu schulen. Stockinger, 19.03.07

Anschaffung der Softwarepakete Projektübersicht Anschaffung der Softwarepakete Schulung der Mitarbeiter beim Softwarehersteller 2D Simulation – DCT PREFORMS™ (Echte Rückwärtssimulation – Knotenlöse-Algorithmus) 3D Simulation – SFTC DEFORM™ (Filterung der fourietransformierten Endgeometrie – Glättung) Interne Schulung weiterer Mitarbeiter Evaluierung der Anwendbarkeit im täglichen Gebrauch Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse Zweistufiger Optimierungs-prozess für ein rotations-symetrisches Schmiedeteil mit Software PREFORMS™ VT ● Formfüllung ● Werkstoffdaten berücksichtigt NT ● Bedienerfreundlichkeit ● j, T keine Zielparameter Stockinger, 19.03.07

Ergebnisse Beispiel eines Optimierungsprozesses für ein Strukturteil mit DEFORM3D VT ● Formfüllung ● Bedienerfreundlichkeit NT ● Werkstoffdaten unberücksichtigt ● j, T keine Zielparameter Stockinger, 19.03.07

Zusammenfassung Die Qualifizierungsmaßnahme ermöglichte die Einschulung der F&E-Mitarbeiter bei Böhler Schmiedetechnik auf den beiden Softwarepaketen zur automatischen Vorformgenerierung. Die Software wurde für die Prozessauslegung von realen Schmiedeteilen angewendet und damit die Brauchbarkeit evaluiert. Beide Softwarepakete ermöglichen eine Optimierung von Vorformgeometrien hinsichtlich Formfüllung aber nicht hinsichtlich Umformgrad und Temperatur wodurch bei gewissen Werkstoffen eine zusätzliche manuelle Optimierung notwendig bleibt. Stockinger, 19.03.07