Charakterisierung der Abschreckwirkung einer ultraschallunterstützten Wasserabschreckung von Aluminiumzylindern
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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.
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