Experimentelles Verfahren zur Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten bei der Hochdruck-Gasabschreckung∗
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V. Heuer
Kurzfassung
Es wird ein neues Verfahren zur experimentellen Ermittlung von Wärmeübergangskoeffizienten (WÜK) bei der Hochdruck-Gasabschreckung vorgestellt. Bei diesem Verfahren wird die Analogie zwischen Wärme- und Stoffübertragung genutzt. Es ermöglicht die Visualisierung des Wärmeübergangs und damit die qualitative und quantitative Ermittlung lokaler Wärmeübergangskoeffizienten an gasabgeschreckten Bauteilen. Die Visualisierung basiert auf einer chemischen Reaktion mit Farbumschlag. Zur quantitativen Ermittlung wurde zunächst eine Kalibrierung zwischen der Stärke des Farbumschlags und der Höhe des Wärmeübergangskoeffizienten vorgenommen. Die lokalen Wärmeübergangskoeffizienten wurden für verschiedene Wärmebehandlungschargen aus Zahnrädern bestimmt. Mithilfe der Visualisierung wurden Unterschiede im Wärmeübergangskoeffizienten am einzelnen Zahnrad sowie Unterschiede innerhalb einer Charge detektiert. Somit wird eine weitere Optimierung der Verfahrens- und Anlagentechnik zur Hochdruck-Gasabschreckung ermöglicht. Zudem können die experimentell ermittelten lokalen Wärmeübergangskoeffizienten als Randbedingungen für numerische Simulationsrechnungen verwendet werden.
Abstract
A new experimental technique for the determination of heat transfer coefficients during high-pressure gas quenching is presented. This technique uses the analogy between heat and mass transfer. It is used for the visualisation of local heat transfer coefficients of gas-quenched parts. The technique offers the possibility for qualitative and quantitative determination of local heat transfer coefficients. The visualisation uses a chemical reaction with a change of colour on the surface of the parts. A calibration between the change of colour and the magnitude of the heat transfer coefficient was performed for quantitative measurements. The local heat transfer coefficients from several heat treatment batches (consisting of gear wheels) were determined. Differences in the local heat transfer coefficients on one single part and in the whole batch could be detected by using the visualisation technique. This offers new opportunities for a further improvement of the gas quenching technology. The experimentally determined heat transfer coefficients can be used as input parameters for numerical simulations of heat treatment processes.
Literatur
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© 2004, Carl Hanser Verlag, München
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