Charakterisierung der Abschreckwirkung einer ultraschallunterstützten Wasserabschreckung von Aluminiumzylindern
-
R. Redmann
Kurzfassung
Zur Realisierung von im Mittel hohen Abkühlgeschwindigkeiten wird das Abschrecken metallischer Bauteile bei der Wärmebehandlung überwiegend in Flüssigkeitsbädern (Wasser, Ö–l) durchgeführt. Infolge des Leidenfrost-Effektes bildet sich unmittelbar nach dem Eintauchen des heißen Bauteils ein wärmeisolierender Dampffilm, der lokal zu unterschiedlichen Zeitpunkten zusammenbricht. Dies führt zu lokal unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten und damit zu einer unerwünschten Ungleichmäßigkeit der Abschreckung. Daraus resultiert die Gefahr der Verzugsentstehung und der Erzeugung von Eigenspannungen. Eine neuartige Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, stellt die Ultraschallunterstützung dar. Der Vergleich der konventionellen mit der ultraschallunterstützten Wasserabschreckung zeigt, dass der Ultraschall in Abhängigkeit der Prozessparameter Wassertemperatur, Größe der schallabgebenden Fläche (Sonotrode) sowie Abstand zwischen Sonotrode und Probe eine signifikante Destabilisierung des Dampffilms und damit Verkürzung sowie potenziell eine Vergleichmäßigung der Abkühldauer bewirkt.
Abstract
Because of high realizable mean quenching rates quenching of metallic components during heat treatment is often done in liquid baths (e. g. water, oil). Due to the Leidenfrost phenomenon a heat isolating vapour film is formed on the surface of the quenched component immediately after immersion into the bath. This vapour film breaks down locally at different times and causes different quenching rates and hence an undesirable non-uniformity of the quenching step. As a result, distortion and residual stresses may occur. The ultrasonic assisted liquid quenching is a novel method to counteract such effects. The comparison of conventional and ultrasonic assisted water quenching shows that the ultrasound, depending on the process parameters water temperature, size of the sound emitting surface (sonotrode) and the distance between the sonotrode and the sample, causes a significant destabilisation of the vapour film and hence a reduction of the quenching time as well as potentially a homogenisation.
Literatur
1. Harvey, R. F.: Ultrasonic Quenching. Metal Treating (1966), S. 2–5Suche in Google Scholar
2. Chachin, V. N.; Eremin, V. E.: Effect of ultrasonic vibrations on the cooling capacity of the quenching medium. Metal Science and Heat Treatment8 (1966) 9, S. 692–693Suche in Google Scholar
3. Mikheev, M. A.: Principles of Heat Transfer. Gasénergoizdat, Moskau, 1956 (auf Russisch)Suche in Google Scholar
4. Zhelokhovtseva, R. K.: Elimination of quenching cracks by means of optimization of cooling conditions. Steel in the USSR15 (1985) 5, S. 238–239Suche in Google Scholar
5. Iida, Y.; Tsutsui, K.; Sasaki, J.: The effect of ultrasonic wave application for the rapid cool-down process of high-temperature solids submerged in liquid. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers B56 (1990) 526, S. 1780–1784Suche in Google Scholar
6. Li, Y.; Yu, G.; Cheng, C. and Niu, Y.: Investigation on Characteristics of Ultrasonic Field Quenching. Transactions of Metal Heat Treatment13 (1992) 3, S. 10Suche in Google Scholar
7. Yamashiro, H.; Takamatsu, H.; Honda, H.: Enhancement of cooling rate during rapid quenching of a thin wire by ultrasonic vibration. Heat Transfer – Japanese Research27 (1998) 1, S. 16–30Suche in Google Scholar
8. Yamashiro, H.; Takamatsu, H.; Honda, H.: Effect of ultrasonic vibration on transient boiling heat transfer during rapid quenching of a thin wire in water. Journal of Heat Transfer; Transactions of the ASME120 (1998) 1, S. 282–286Suche in Google Scholar
9. Canale, L. C. F.; Totten, G. E.: Elimination of quench cracking by controlling agitation uniformity. Cailiao Rechuli Xuebao/Transactions of Materials and Heat Treatment25 (2004) 5, S. 457–461Suche in Google Scholar
10. Ostermann, F.: Anwendungstechnologie Aluminium. Springer, Berlin, 199810.1007/978-3-662-05788-9Suche in Google Scholar
11. ASM International (Hrsg.): ASM Handbook, Vol. 4 – Heat Treating. 8. ed.ASM International, Materials Park, OH/USA, 2007Suche in Google Scholar
12. Kuttruff, H.: Physik und Technik des Ultraschalls. S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1988Suche in Google Scholar
13. Maaß, R.: Untersuchung zur Wärmeübertragung beim Abschreckhärten. Dissertation, Technische Universität Clausthal, 1988Suche in Google Scholar
14. Millner, R.: Wissensspeicher Ultraschalltechnik. VEB FachbuchverlagLeipzig, 1987Suche in Google Scholar
15. Heller, W.: Hydrodynamische Effekte unter besonderer Berücksichtigung der Wasserqualität und ihre Messverfahren in Institut für Strömungsmechanik. Habilitationsschrift, Technische UniversitätDresden, 2005Suche in Google Scholar
16. Sutilov, V. A.: Physik des Ultraschalls, Grundlagen. Springer, Wien, 198410.1007/978-3-7091-8750-0Suche in Google Scholar
© 2011, Carl Hanser Verlag, München
Artikel in diesem Heft
- Kurzfassungen/Summaries
- Kurzfassungen/Abstracts
- Veranstaltungen/Events
- Veranstaltungen in Zusammenarbeit mit der AWT®
- HTM-Praxis
- HTM Praxis
- Inhalt/Contents
- Inhalt/Contents
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Bestimmung der Warmhärte von metallischen und keramischen Hochtemperaturwerkstoffen*
- Modelling and simulation of the influence of flow boiling during quenching in liquids*
- Charakterisierung der Abschreckwirkung einer ultraschallunterstützten Wasserabschreckung von Aluminiumzylindern
- Economic surface hardening by spray cooling
- Nitrierung und Nitrocarburierung nichtrostender ferritischer Stähle
Artikel in diesem Heft
- Kurzfassungen/Summaries
- Kurzfassungen/Abstracts
- Veranstaltungen/Events
- Veranstaltungen in Zusammenarbeit mit der AWT®
- HTM-Praxis
- HTM Praxis
- Inhalt/Contents
- Inhalt/Contents
- Fachbeiträge/Technical Contributions
- Bestimmung der Warmhärte von metallischen und keramischen Hochtemperaturwerkstoffen*
- Modelling and simulation of the influence of flow boiling during quenching in liquids*
- Charakterisierung der Abschreckwirkung einer ultraschallunterstützten Wasserabschreckung von Aluminiumzylindern
- Economic surface hardening by spray cooling
- Nitrierung und Nitrocarburierung nichtrostender ferritischer Stähle
