Ionische Flüssigkeiten als Abschreckmedien bei der Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe
Martin Österreich
Eines der wichtigsten Verfahren zur Einstellung von Eigenschaften metallischer Werkstoffe ist die Wärmebehandlung. Ein zentraler Bestandteil zahlreicher Wärmebehandlungen ist das Abschrecken von einer Glühtemperatur. Es gibt verschiedene Abschreckmethoden, wobei das Tauchabschrecken dominiert. Dabei werden meist verdampfende Abschreckmedien, wie Wasser oder Öl verwendet, welche einen unerwünschten wärmeisolierenden Dampffilm auf der Probenoberfläche erzeugen können. Nicht verdampfende Abschreckmedien, wie konventionelle Salz- oder Metallschmelzen müssen aufgrund hoher Schmelztemperaturen mit großem Aufwand betrieben werden. In der vorliegenden Arbeit wird erstmals die prinzipielle Eignung Ionischer Flüssigkeiten als Abschreckmedien mit Hinblick auf die Kühlleistung, Gleichmäßigkeit und Wechselwirkung mit dem Bauteil systematisch untersucht. Dafür werden Tauchabschreckungen an den Aluminiumlegierungen AlSi1MgMn, AlZn8MgCu und AlCu6Mn verschiedener Geometrien sowie den Stählen X5CrNi18-10 und 42CrMo4 durchgeführt. Die beiden untersuchten Ionischen Flüssigkeiten [EMIm][NTf2] und [EMIm][EtSO4] weisen in reiner Form keine Filmsiedephase auf, wodurch mit Hilfe von Experimenten und Simulationen ein geringerer Bauteilverzug nachgewiesen werden kann. Die erreichbare Abschreckintensität lässt sich durch Zugabe von Wasser oder Kohlenstoffdioxid signifikant erhöhen. Die Abschreckwirkung ist ausreichend für die Erzielung der geforderten Härte hochlegierter Aluminiumwerkstoffe oder eines typischen Vergütungsstahls. Je nach abgeschrecktem Werkstoff und verwendeter Ionischer Flüssigkeit werden geringe bis keine Veränderungen an den Probenoberflächen festgestellt. Die neuartige Stoffklasse der Ionischen Flüssigkeiten besitzt viele Eigenschaften eines idealen Abschreckmediums.
