Wärmebehandlung in das heißisostatische Pressen zu integrieren: Dieses Verfahren lässt verbesserte mechanische Eigenschaften von Aluminiumgussbauteilen erwarten – und hat Leichtbau-Potenzial.
Gegossene Aluminiumbauteile weisen in Abhängigkeit vom Gießverfahren eine gewisse Mikroporosität auf. Durch das heißisostatische Pressen (HIP) kann diese Porosität infolge eines hohen Gasdruckes bei bestimmter Temperatur und Haltezeit beseitigt werden. Das Schließen der Mikroporosität steigert die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die dynamische Festigkeit. Ferner können die mechanischen Eigenschaften bei aushärtbaren Aluminiumlegierungen durch eine geeignete Wärmebehandlung – aufgrund der sogenannten Ausscheidungshärtung – verbessert werden. Bei diesem druckfreien Verfahren sind die Einflussgrößen Temperatur, Haltezeit und Abkühlgeschwindigkeit.
rechts: Schwingproben im Probenhalter – mechanische Eigenschaften verbessern (Quelle: Technische Universität München, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen)
Ziel des Projektes „Wärmebehandelndes heißisostatisches Pressen (WHIP)“ war es, die Wärmebehandlung in das HIP zu integrieren und so die Wirkprinzipien beider Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu nutzen. Hierfür wurden in einer druckabhängigen Wärmebehandlungsstudie der Einfluss der einzelnen Prozessparameter auf die mechanischen Kennwerte untersucht und die idealen WHIP-Prozessparameter abgeleitet. Die Erkenntnis, dass ein typischer HIP-Druck zwischen 500 und 1000 bar weder die Siliziumeinformung noch die Ausscheidungskinetik beeinflusst, war für die Klärung der Zusammenhänge wesentlich. Für den WHIP-Prozess sind folglich dieselben Abkühlgeschwindigkeiten wie bei Raumdruck nötig. Zudem bestätigten die werkstoffkundlichen Grundlagenuntersuchungen, dass eine Kombination von HIP und Wärmebehandlung zu Synergieeffekten führt, die die mechanischen Kennwerte der Einzelprozesse deutlich übertreffen. Trotz der positiven Resultate konnte der WHIP-Prozess nicht in einen industriell einsetzbaren Prozess übergeführt werden. Grund hierfür ist die begrenzte Abkühlrate in Anlagen mit ausreichend großem Nutzvolumen für einen wirtschaftlichen Betrieb.
