Gezielte Beeinflussung der Flüssigkeitsabschreckung in der Wärmebehandlung metallischer Bauteile mittels Oberflächenstrukturierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Olaf Keßler
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240635062

In der ersten Projektphase wurde die Machbarkeit der gezielten Beeinflussung des Flüssigkeitsabschreckens in der Wärmebehandlung durch Oberflächenstrukturierung von metallischen Bauteilen gezeigt und Charakteristika erforderlicher Oberflächenstrukturen abgeleitet.Die Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche wurde als wesentlicher Mechanismus erkannt. Daraus ergeben sich neuartige Strategien der Oberflächenstrukturierung. Während bisher relativ tiefe Oberflächenstrukturen angestrebt wurden, deren Spitzen den Dampffilm durchstoßen sollten, soll der Fokus in der zweiten Projektphase auf flacheren Oberflächenstrukturen mit möglichst großen wärmeübertragenden Oberflächen liegen. Dies erleichtert auch die Integration der Oberflächenstrukturierung in die Fertigungskette, da dadurch mit geringeren Nachbearbeitungsaufmaßen gearbeitet werden kann.An Realbauteilen können keine beliebig stark abgerundeten Kanten zur Verringerung des die Oberflächenstrukturierung störenden Kanteneinflusses realisiert werden. Andererseits liegen bei vielen Bauteilen konstruktiv bedingt auch keine völlig scharfen, sondern leicht angefaste bzw. abgerundete Kanten vor. Hier gilt es zu untersuchen, wie stark Fasen bzw. Abrundungen ausgeprägt sein müssen, um die Oberflächenstrukturierung wirksam werden zu lassen und gleichzeitig die Funktion der Bauteile nicht zu beeinträchtigen.Neben der Beschleunigung der Wiederbenetzung durch Oberflächenstrukturierung ist auch eine Behinderung der Wiederbenetzung möglich, wenn die Strukturen horizontal, d.h. senkrecht zur wandernden Wiederbenetzungsfront verlaufen. Daher soll die gezielte Orientierung der Oberflächenstrukturierung als weitere Einflussgröße untersucht werden. Dabei sollen insbesondere solche Strukturen realisiert werden, die parallel zur wandernden Wiederbenetzungsfront liegen und deren Wanderung nicht behindern.Bisher wurde die gezielt ungleichmäßige Oberflächenstrukturierung nur auf Zylinder mit konstantem Durchmesser angewendet, um die Machbarkeit zu zeigen. Besondere Vorteile verspricht die Oberflächenstrukturierung aber bei Bauteilen mit ungleichmäßigen Querschnitten. Dickwandige Bauteilbereiche können mit die Abkühlung beschleunigenden Strukturen, dünnwandige Bauteilbereiche mit die Abkühlung verlangsamenden Strukturen versehen werden, um so die Abkühlung insgesamt zu vergleichmäßigen. Hier sollten die Vorteile hinsichtlich Verzug und Eigenspannungen besonders deutlich werden.In eigenen Vorarbeiten wurde neben der spanenden Strukturierung auch eine Oberflächenstrukturierung mittels Beschichtung erfolgreich erprobt. Insbesondere bei Al-Legierungen, bei denen die spanende Strukturierung bisher noch nicht erfolgreich war, konnte mittels anodischer Oxidation signifikant Einfluss auf die Abschreckung genommen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen