Ultraschallunterstütztes Flüssigkeitsabschrecken bei der Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe

Das Abschrecken ist ein wesentlicher Teilschritt der Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe. Es wird überwiegend in Flüssigkeitsbädern durchgeführt und ist aufgrund unterschiedlicher Siedephasen inhomogen. Die Unterstützung der Flüssigkeitsabschreckung mittels Ultraschall ist eine innovative Möglichkeit, das Filmsieden durch eine Destabilisierung des Dampffilms zu beeinflussen. Im Rahmen der Arbeit werden Einfluss der Ultraschallparameter auf Abschreckwirkung und -gleichmäßigkeit sowie wirkende Mechanismen der ultraschallunterstützten Flüssigkeitsabschreckung von Aluminium- und Stahlzylindern systematisch untersucht. Die Ultraschallunterstützung führt zu einer signifikanten Beeinflussung der Abschreckvorgänge. Mit Ultraschall lässt sich der Wärmeübergang, insbes. in der Filmphase, im Vergleich zur konventionellen Abschreckung zum Teil deutlich erhöhen. In axialer Richtung ist eine potentielle Vergleichmäßigung der Abschreckung zu beobachten. In Umfangsrichtung der Probe zeigt sich eine ungleichmäßigere Abschreckung verglichen zur konventionellen Abschreckung, die sich durch gegenüberliegende Sonotroden deutlich verringern lässt. Ein zunehmender Einfluss auf die Abschreckwirkung ist mit zunehmender Ultraschallamplitude, abnehmendem Abstand zwischen Sonotrode und Probe sowie zunehmender Größe der schallabgebenden Fläche zu verzeichnen. Über die Prozessparameter lassen sich Abschreckwirkung und -gleichmäßigkeit gezielt beeinflussen, so dass sich ein weiter Bereich an Werkstoffstrukturen und damit -eigenschaften einstellen lässt. Als wesentliche Ursachen für die Beeinflussung der Flüssigkeitsabschreckung mit Ultraschall werden Schalldruck und Schallstrahlungsdruck aufgrund einer Reduzierung der Dampffilmdicke und damit einer Erhöhung des Wärmeübergangs ins Abschreckmedium angesehen.