Abschrecken von Gussteilen

Das Abschrecken ist eine weitverbreitete Möglichkeit der Wärmebehandlung und findet Anwendung in der Produktion von Gussteilen wie auch in der Bearbeitung metallischer Komponenten. Direktes Abschrecken wird speziell in der Automobil- und Flugzeugindustrie gerne eingesetzt, um unerwünschte thermische Einflüsse zu minimieren, welche ansonsten zu Deformationen und Rissen führen können.

AVL Approach

AVL FIRE™ bietet im Bereich des Abschreckens hochentwickelte Modellierungsfunktionen an. Es können verschiedenste Abschreckmethoden simuliert werden: von der Luftabschreckung über Sprühabschreckung bis zum direkten Abschrecken. Verschiedene numerische Modelle decken die physikalischen Spezifika des Wärmebehandlungsverfahrens ab. Zu den häufig untersuchten Komponenten zählen Zylinderköpfe oder Motorblöcke aus Aluminium. An diesen Komponenten treten oft Risse als Folge von Downsizing und Gewichtsreduktion auf.

Ein Beispiel für eine alltägliche Anwendung ist die Gewichtsreduzierung von PKWs mit dem Ziel die Emissionen zu minimieren. Virtuelles Prototyping, mit seinen kurzen Durchlaufzeiten, bietet eine großartige Lösung für dieses Problem.


Siedeeffekte beim Abschrecken

Die physikalisch herausforderndste Methode des Abschreckens ist das Eintauchen der Komponente in ein Flüssigkeitsbad. Bei dieser Methode entsteht anfangs ein Filmsieden, wobei das Abführen von der Wärme verlangsamt wird, gefolgt vom Blasensieden. Anschließend folgt eine einphasige Abkühlung nachdem die Temperatur der Komponenten unter der Sättigungstemperatur des Abschreckmittels liegt.

Die Prognose unterschiedlicher Siedemodi und deren Übergang sind entscheidend. AVL FIRE™ hat bewiesen, dass es ein zuverlässiges numerisches Werkzeug für zahlreiche Testkonfigurationen und hochkomplexe Anwendungen, wie z.B. Zylinderköpfe ist.

Der Abschreckprozess wird durch die Komponentenorientierung, -anfangstemperatur und Wassertemperatur sowie andere Faktoren beeinflusst. Aus diesem Grund ist eine genaue Prognose der lokalen Temperaturhistorien in der Struktur entscheidend für die endgültige Voraussage der aus den Produktionsprozessen resultierenden Restspannung.


Vorhersage der thermischen Belastung

Die Ergebnisse bezüglich Feststofftemperatur, die mit AVL FIRE™ erzielt werden, dienen als Grundlage für die Analyse der thermischen Belastung und Deformationen. Eine einfache GUI basierende Mapping-Aufgabe wird ausgeführt, um Eingabewerte für Finite-Elemente-Analysen zu erhalten. Die vorhergesagten Eigenspannungen werden mit der Betriebslast verglichen. Wenn diese Eigenspannungen die Betriebslast überlagern, muss die Wärmebehandlung abgeändert bzw. optimiert werden. Hierzu kann eine unterschiedliche Eintauchrichtung oder eine Temperaturänderung des Abschreckmittels die Art der Eigenspannung in kritischen Bereichen stark verändern und so die Qualität und Sicherheit der Komponenten während des Betriebes erhöhen. Damit wird die Festigkeit des Produktes erhöht und das Ausfallrisiko minimiert bzw. werden Gewährleistungskosten gesenkt.

Zugehörige Simulationswerkzeuge