Kühlstrategien zur Vergleichmäßigung der Oberflächenhärte und zur Minimierung des Verzuges
Nach Härteprozessen oder nach der Kühlung von Wärmebehandlungsprozessen treten an den Werkstücken eine ungleichmäßige Verteilung der Oberflächenhärte und eine unerwünschte Verformung (Verzug) auf. Insbesondere bei einer Kühlung mit Flüssigkeiten ist der Wärmeübergang auf Grund der Leidenfrostproblematik mit dem undefinierten Zusammenbruch des Dampffilmes örtlich und zeitlich verschieden. Daher werden neue Kühlverfahren (Verdampfungskühlung, Düsenfeldkühlung) entwickelt, um den örtlichen Verlauf des Wärmeübergangs gezielt einstellen zu können. Das Temperatur-, Gefüge-, Spannungs- und Dehnungsfeld im Werkstück wird auf Basis von FEM gekoppelt berechnet. Daraus werden Strategien zur Einstellung des Wärmeübergangsfeldes ermittelt, um die Härte zu vergleichmäßigen und den Verzug zu minimieren.
Die Berechnungen zeigen eine gute Übereinstimmung mit entsprechenden experimentellen Werten, die am Institut für Werkstofftechnik an der Universität Bremen für Bauteile komplexer Geometrie ermittelt wurden. Für Langprofile aus Stahl wurde gezeigt, dass diese durch gezielte Wärmeabfuhr verzugsfrei abgekühlt werden können.
Mathematische Simulation Abschreckung in einem Düsenfeld
Durch gezielte Einstellung des örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten lassen sich die Spannungsspitzen abbauen und der Verzug minimieren. Hierzu werden Kühlstrategien entwickelt und im Experiment die technologische Umsetzung untersucht.