Free High Pressure Gas Quenching zum freien Härten von Bauteilen

Dank der Förderung aus den Europäischen Fonds realisiert SECO/WARWICK ein innovatives Entwicklungsprojekt für eine FHPGQ‑Anlage (Free High Pressure Gas Quenching) zum freien Härten von Stahlbauteilen in Hochdruckgas, das eine kontrollierte Prozessführung zur Minimierung von Härteverzug ermöglicht.

Das Projekt ist auf die Entwicklung einer Alternative zu konventionellen Härtepressen mit Ölabschreckung ausgerichtet, die durch verbesserte Betriebs- und Umweltparameter gekennzeichnet ist.

Im Rahmen des Projekts werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, die Folgendes umfassen: die Entwicklung der Konstruktion eines Prototyps für eine Anlage zum freien Härten von Stahlbauteilen in Hochdruckgas, dessen Aufbau sowie Tests unter realitätsnahen Bedingungen unter Verwendung repräsentativer Bauteile mit vereinfachter Geometrie sowie Pilotversuche mit ausgewählten Serienteilen. Diese Maßnahmen zielen darauf ab, die wesentlichen prozess-, betriebs- und umwelttechnischen Einschränkungen zu beseitigen, die für die derzeit eingesetzten ölbasierenden Lösungen charakteristisch sind.

Der Projektumfang umfasst die Auslegung des Prototyps unter Einsatz fortschrittlicher numerischer Simulationen (CAE – Computergestütztes Engineering), einschließlich Analysen der Gasströmung, des Wärmeaustauschs und der strukturellen Festigkeit. Auf dieser Grundlage wird der FHPGQ‑Prototyp zusammen mit einer dedizierten, prototypischen Forschungslinie aufgebaut, die die erforderliche technologische Ausrüstung umfasst, darunter einen Ofen zum Vorwärmen der Charge vor dem Härtungsprozess sowie einen Handhabungsroboter und Messgeräte, insbesondere Wärmebildkameras (Thermografiekameras) und einen 3D-Scanner zur Messung von Bauteilverzügen.

Ein wesentlicher Bestandteil des Projekts sind technologische Untersuchungen und Tests an repräsentativen und Serienbauteilen, deren Ziel es ist, den Einfluss der Härtungsprozessparameter auf das Ausmaß, die Verteilung und die Wiederholbarkeit der Bauteilverzugs zu ermitteln sowie die vorgesehenen Betriebs- und Umgebungsparameter der Vorrichtung zu bestätigen. Parallel dazu wird ein digitaler Zwilling der FHPGQ-Anlage entwickelt und validiert, der die Vorhersage von Härteverzügen ermöglicht und die Planung sowie Optimierung von Wärmebehandlungsprozessen unterstützt.

Zielgruppe der Lösung sind Unternehmen, die Wärmebehandlungsprozesse für Stahlbauteile durchführen, insbesondere aus der Luftfahrt-, Automobil- und Maschinenbauindustrie. Von den Projektergebnissen profitieren Komponentenhersteller – sowohl horizontal als auch vertikal ausgerichtet – für die die Begrenzung und Reproduzierbarkeit von Härteverzügen sowie die Verbesserung der Umwelt- und Betriebsparameter des Prozesses im Vergleich zu herkömmlichen Härtepressen mit Ölabschreckung von Bedeutung sind. Zu den indirekten Nutznießern der Projektergebnisse zählen zudem Technologie- und Konstruktionsteams, die sich mit der Planung von Wärmebehandlungsprozessen unter Einsatz digitaler Werkzeuge befassen.