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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter April 29, 2015

Ionic Liquids as New Quenching Media for Aluminium Alloys and Steels*

Ionische Flüssigkeiten als neuartige Abschreckmedien für Aluminiumlegierungen und Stähle
M. Beck, C. Schmidt, M. Ahrenberg, C. Schick, U. Kragl and O. Kessler

Abstract

Quenching in vaporising liquids is mostly affected by the Leidenfrost effect, causing avoidable residual stresses and distortion. Molten salts and molten metals provide a quenching without any Leidenfrost effect, but need to be operated at high bath temperatures with a high effort for cleaning the quenched components. In this work ionic liquids (salts with melting temperatures below 100 °C) are investigated as quenching media with respect to cooling power, homogeneity and thermal stability. Aluminium and steel cylinders have been quenched in baths of different ionic liquids with varying compositions and bath temperatures showing almost no Leidenfrost effect. The time-temperature curves have been recorded and the heat transfer coefficients were determined. It was shown, that the cooling power of ionic liquids could be increased by limited water addition without any Leidenfrost effect and is sufficiently fast even for quench sensitive alloys. Further investigations on aluminium samples with a complex profile show that quenching in ionic liquids causes less distortion compared to water quenching.

Kurzfassung

Der Abschreckvorgang in verdampfenden Flüssigkeiten wird meist durch den Leidenfrost-Effekt beeinflusst, wodurch vermeidbare Eigenspannungen und Verzug hervorgerufen werden. Herkömmliche Salz- und Metallschmelzen ermöglichen eine Abschreckung ohne Leidenfrost-Effekt, müssen dafür aber bei hohen Badtemperaturen betrieben werden und verursachen einen beträchtlichen Reinigungsaufwand der abgeschreckten Bauteile. In dieser Arbeit wurden Ionische Flüssigkeiten (Salze mit Schmelztemperaturen unterhalb 100 °C) als Abschreckmedien hinsichtlich ihrer Kühlwirkung, Gleichmäßigkeit und thermischen Stabilität untersucht. Aluminium- und Stahlzylinder wurden in Bädern verschiedener Ionischer Flüssigkeiten mit variierenden Zusammensetzungen und Badtemperaturen abgeschreckt, wobei nahezu kein Leidenfrost-Effekt erkennbar war. Die Kühlkurven wurden aufgezeichnet und die zugehörigen Wärmeübergangskoeffizienten berechnet. Es konnte gezeigt werden, dass die Kühlwirkung Ionischer Flüssigkeiten durch begrenzte Wasserzugabe erhöht werden kann, ohne einen Leidenfrost-Effekt hervorzurufen und hoch genug für abschreckempfindliche Legierungen ist. Weitere Untersuchungen von Aluminiumprofilen mit komplexer Geometrie haben gezeigt, dass eine Abschreckung in Ionischen Flüssigkeiten weniger Verzug als eine Wasserabschreckung verursacht.


*

Lecture given by Martin Beck at the European Conference on Heat Treatment and 21st IFHTSE Congress, 12–15 May 2014 in Munich, Germany

5 (Corresponding author/Kontakt)

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Published Online: 2015-04-29
Published in Print: 2015-04-10

© 2015, Carl Hanser Verlag, München

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