Kontrollierte Abschreckung von Aluminiumbauteilen durch Sprühkühlen

Abstract

Kurzfassung Die Ausscheidungshärtung von Aluminium-Legierungen erfolgt durch eine Wärmebehandlung, bei der sich insbesondere der integrierte Abschreckprozess entscheidend auf die resultierenden Festigkeits- und Verzugseigenschaften des Bauteils auswirkt. Zur Einstellung höchster Festigkeiten ist eine hohe Abschreckgeschwindigkeit nach dem Lösungsglühen erforderlich, gleichzeitig besteht die Forderung nach einem lokal gleichmäßigen Abkühlverlauf, um Bauteilverzug zu vermeiden. Ein kontrollierter Abschreckvorgang bei der Wärmebehandlung von Aluminium-Bauteilen kann in flexiblen Sprühdüsenfeldern realisiert werden. Auf Basis von Abschreckprozesssimulationen können geeignete Wärmeübergänge ermittelt werden, die für die Auslegung von angepassten Sprühdüsenfeldern genutzt werden. Die Abschreckintensität kann dabei an die Bauteilgeometrie und die Abschreckempfindlichkeit der Legierung angepasst werden, um gezielt die mechanischen Eigenschaften und gleichzeitig den Verzug nach der Wärmebehandlung zu kontrollieren. Mit dem Ziel der Verzugsminimierung können so insbesondere durch den Einsatz von Zweistoffzerstäubern in Sprühkühlprozessen spezifische lokale Wärmeübergangsbedingungen eingestellt werden, die die Möglichkeit einer asymmetrischen Abschreckung von komplexen Aluminium-Bauteilen eröffnen. Ein flexibles Sprühdüsenfeld wurde in den Wärmebehandlungsprozess zur Ausscheidungshärtung von Knet-, Guss- und sprühkompaktierten Al-Legierungen integriert. In Abhängigkeit der Verfahrensparameter der flüssigen und der gasförmigen Phase des Sprays wurden mechanische Eigenschaften an zylindrischen Halbzeugen bestimmt. Diese Ergebnisse wurden auf Bauteile übertragen, an denen die Abschreckverläufe durch ein kontrolliert asymmetrisches Abschrecken an die Bauteilgeometrie angepasst werden.