Internal Quenching

Internal Quenching ist ein physikalisches Phänomen, das in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik auftritt, insbesondere bei der Untersuchung von Materialien und Thermodynamik. Es bezieht sich auf einen Prozess, durch den die überschüssige Energie innerhalb eines Systems abgeführt oder intern umverteilt wird, was zu einer Verringerung der Temperatur, des Drucks oder anderer damit zusammenhängender Eigenschaften führt.

Das Konzept des Internal Quenching kann verstanden werden, wenn man ein System betrachtet, das schnellen Veränderungen unterliegt, die zu einer Ansammlung von Energie führen. Diese überschüssige Energie kann je nach Kontext in Form von Wärme, mechanischer Spannung oder einer anderen relevanten Form vorliegen. Wenn diese Energie nicht effizient abgeleitet oder umverteilt wird, kann dies zu negative Auswirkungen wie Materialversagen, Strukturschäden oder Funktionsverlust führen.

Kurzum: Internal Quenching kann als unerwünschter Effekt die Stabilität, Integrität und/oder Funktionalität von Systemen gefährden. Aber wäre es nicht denkbar, Internal Quenching in kontrollierter Form positiv nutzen zu können? Die thermodynamischen Effekte die sich in Form von Wärme manifestieren bieten sich an um Internal Quenching als alternatives

Wärmebehandlungsverfahren zur Verbesserung der Oberflächenfestigkeit innenbelasteter Hochdruck-Stahlkomponenten wie beispielsweise Common Rail-Systeme, Pipelines oder Ventile zu nutzen. Das IAM-WK (Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde) in Karlsruhe entwickelte dafür einen „Internal Quenching-Prototy“ mit dessen Hilfe Innenbohrungen von Bauteilen wärmebehandelt und der Eigenspannungszustand verbessert werden können. Das Austenitisieren der Durchgangsbohrungen und das darauf folgende inneren Abschrecken erzeugt dabei ein martensitisches Gefüge und eine Druckeigenspannungen. Äußere Bereiche werden dabei mittels induktivhärtens während des Abschreckprozesses behandelt, um ein Durchhärten der Bauteile zu vermeiden. Mit diesem Verfahren können unterschiedliche Wärmebehandlungsstrategien umgesetzt und eine individuelle Eigenspannung an Werkstoff-internen Oberflächen auf unterschiedliche Belastungssituation angepasst werden.

Bislang ist Internal Quenching noch nicht im industriellen Maßstab verfügbar. Mehrere Modellprojekte, wie beispielsweise das von Professor Dr.-Ing. Volker Schulze im Rahmen der deutschen Forschungsgemeinschaft initiierte, konnten die in Versuchsanlagen zylindrische Proben mit innenliegende Durchgangsbohrung martensitisch härten und abschrecken. So entstanden Wärmebehandlungsstrategien, die sich aus der „Regelung der inneren Abschreckwirkung und der Möglichkeit einer zeitgleichen äußeren induktiven Erwärmung“ ergaben.

Die breite Anwendbarkeit etablierter Wärmebehandlungsverfahren auf kleine Bohrungen und der daraus resultierenden schlechten Zugänglichkeit der zu behandelnden Bereiche, könnte zukünftig mittels Internal Quenchings gelöst werden und könnte der bisherigen Praxis die Innenwände durch Aufdornen und Autofrettage zu verfestigen, eine echte Alternative bieten.