Age hardening of forged aluminum components – distortion behavior after gas quenching ^∗

Abstract

In quenching of age hardenable aluminum alloys, today predominantly aqueous quenching media are used, which can lead to a non-uniform cooling of the components due to the Leidenfrost phenomenon, and thus to distortion. In relation to the conventional quenching procedures in aqueous media, gas quenching has a number of technological, ecological, and economical advantages. The quenching intensity can be adjusted by the variable parameters gas pressure, gas velocity as well as the kind of gas and thus can be adapted to the requirements of the component. By the higher uniformity and the better reproducibility, gas quenching offers a high potential for reducing distortion. It could be demonstrated that characteristic shape and dimension changes of forged components of the spray formed aluminum alloy DISPAL S232 (Al-17Si-4Fe-3Cu-0.5Mg-0.4Zr) are clearly lower after gas quenching than after water quenching. Thereby suitable processes proved to be high-pressure gas quenching with nitrogen at 10 bar as well as air quenching in a gas nozzle field. Cost saving would be possible, because of reduced distortion and therefore less reworking.

Kurzfassung

Bei der Abschreckung von Aluminiumlegierungen werden heutzutage überwiegend wässrige Abschreckmedien verwendet, die allerdings aufgrund des Leidenfrost-Phänomens zu einer ungleichmäßigen Abkühlung des Bauteils und damit zu Verzug führen können. Gegenüber den konventionellen Abschreckverfahren in wässrigen Medien weist das Gasabschrecken eine Reihe technologischer, ökologischer und ökonomischer Vorteile auf. Die Abschreckintensität lässt sich durch die variablen Parameter Gasdruck, Gasgeschwindigkeit und Gasart einstellen und den Erfordernissen des Werkstoffs bzw. des Werkstücks anpassen. Durch die höhere Gleichmäßigkeit und bessere Reproduzierbarkeit bietet die Gasabschreckung ein hohes Potenzial zur Verzugsreduzierung. An Schmiedeteilen der sprühkompaktierten Aluminiumlegierung DISPAL S232 (AlSi17Fe4Cu3Mg0,5Zr0,4) konnten deutlich geringere Maß- und Formänderungen nach der Gasabschreckung im Vergleich zur Wasserabschreckung erzielt werden. Dabei erwiesen sich sowohl die Hochdruck-Gasabschreckung mit Stickstoff bei 10 bar als auch die Abschreckung mit Luft in einem Gasdüsenfeld als geeignete Verfahren. Ausschuss bzw. Nacharbeit durch Wärmebehandlungsverzug in Fertigungsketten von Aluminiumbauteilen kann folglich reduziert und Fertigungskosten können gesenkt werden.