Lokale Wärmebehandlung für komplexe Druckgussbauteile

Selina Freygang promoviert inzwischen im Bereich Druckguss. Den EUROGUSS Talent Award 2026 erhielt sie im Januar für ihre Masterarbeit „Innovative Heat Treatment Boosts Performance of Complex Structural Cast Components“, die in Kooperation mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg am Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften und der AUDI AG entstanden ist. Darin untersuchte sie, wie sich komplexe Aluminium-Druckgussbauteile gezielter wärmebehandeln lassen.

Was bedeutet dir die Auszeichnung beim EUROGUSS Talent Award?

Selina Freygang: Die Auszeichnung bedeutet mir sehr viel und hat mich besonders gefreut. Für mich ist sie eine große Wertschätzung der Arbeit, die ich in meine Masterarbeit investiert habe. Umso wichtiger ist sie für mich, da ich inzwischen promoviere und dem Fachgebiet Druckguss weiterhin treu geblieben bin. Dadurch erhält der Preis für mich noch einmal eine ganz besondere Bedeutung und ist Motivation zugleich.

Deine ausgezeichnete Arbeit beschäftigt sich mit der Wärmebehandlung komplexer Aluminium Druckgussbauteile. Was war die Grundfrage?

Selina Freygang: Die Forschungsfrage war, ob sich das Leichtbaupotenzial eines Bauteils durch eine angepasste, konturnahe Wärmebehandlung noch weiter ausschöpfen lässt. Ziel war es, die Materialeigenschaften gezielt zu verbessern und dadurch idealerweise eine höhere Festigkeit im Bauteil zu erreichen. Dies würde es ermöglichen, Wandstärken zu reduzieren und das Bauteil insgesamt noch leichter zu gestalten.

Der erste Handlungsschritt war jedoch die Homogenisierung der Eigenschaften. Bei wärmebehandelten Bauteilen entstehen durch unterschiedliche Wandstärken lokal Unterschiede in den Materialeigenschaften über das gesamte Bauteil hinweg. Wir wollten also zuerst prüfen, ob sich gleichmäßigere Eigenschaften erreichen lassen. Im nächsten Schritt haben wir eine gezielte, an das Anforderungsprofil des Bauteils angepasste Optimierung der Materialeigenschaften verfolgt.

Aus welcher Herausforderung heraus ist die Forschungsfrage entstanden – und was unterscheidet deinen Ansatz vom konventionellen Verfahren?

Selina Freygang: Konventionell werden solche Bauteile abgeschreckt, indem ein Luftstrom auf das gesamte Bauteil einwirkt. Die grundlegende Wärmebehandlungssequenz bleibt tatsächlich identisch zum Stand der Technik: Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern. Der entscheidende Unterschied liegt in der Gestaltung der Abschreckung.

Untersucht hast du das Verfahren an einem Federbeintopf beziehungsweise Shock Tower für den Audi Q6 e-tron. Warum war dieses Bauteil ein geeigneter Anwendungsfall?

Selina Freygang: Der Federbeintopf ein typisches Druckgussbauteil. Er zeichnet sich durch seine komplexe Geometrie und variierenden Wandstärken aus. Die Geometrie spielt bei dem entwickelten Verfahren eine entscheidende Rolle, da sie maßgeblich beeinflusst, wie die Abschreckung lokal wirkt und wie gut sich eine gezielte Anpassung der Materialeigenschaften realisieren lässt.

Wie aufwendig ist es, ein solches Düsenfeld an ein Bauteil anzupassen?

Selina Freygang: Wenn man wie ich bei null startet, ist die Anpassung des Versuchsaufbaus zunächst mit hohem Aufwand verbunden. Bei mir war es ein iterativer Prozess, viel Trial and Error. Ich habe mit Thermoelementen die Temperatur des Bauteils während der Abschreckung gemessen, danach die Volumenströme angepasst und anschließend die mechanischen Eigenschaften geprüft. Diese Ergebnisse mussten dann wieder zusammengeführt und bewertet werden. Sobald das Düsenfeld jedoch einmal für ein spezifisches Bauteil angepasst ist, kann die Abschreckung konstant durchgeführt werden. 

Du hast schon erwähnt, dass deine Arbeit sogar noch einen Schritt weiterging, nachdem die Homogenisierung gelungen war: hin zur gezielten Anpassung einzelner Bauteilbereiche.

Selina Freygang: Genau, nachdem die Homogenisierung gut funktioniert hatte, konnten wir im nächsten Schritt anforderungsspezifisch vorgehen. Ich habe das „Local Tailoring of Mechanical Properties“ genannt. Crashrelevante Bereiche oder Bereiche, die hohe Festigkeiten fordern, konnten durch die Wärmebehandlung gezielt eingestellt werden.

In anderen Bereichen, wie etwa Fügeflanschen, sind hingegen höhere Duktilitäten erforderlich, um eine nachfolgende Fügbarkeit sicherzustellen. Dort wurde sie diese entsprechend erhört und dafür die Festigkeit bewusst reduziert. Insgesamt ermöglicht die Wärmebehandlung somit eine Anpassung der Bauteileigenschaften an die jeweiligen lokalen Anforderungen.

Neben der Eigenschaftseinstellung war die Verzugsreduzierung ein wichtiges Ergebnis. Was war daran besonders?

Selina Freygang: Das war tatsächlich überraschend. Wir konnten den Verzug sehr stark minimieren und damit im Grunde einen Richtprozess in die Wärmebehandlung integrieren. Normalerweise werden Bauteile nach der Wärmebehandlung noch gerichtet, was aufwendig und teuer ist

Verzug entsteht durch das starke Abschrecken nach dem Lösungsglühen. Ich habe die Kraft der Druckluft genutzt und konnte somit entgegen der Verzugsrichtung arbeiten. Dadurch konnten wir an bestimmten Stellen den Verzug deutlich reduzieren – zum Beispiel von 0,7 Millimetern auf 0,1 Millimeter oder von 0,65 Millimetern auf 0,01 Millimeter. Diese Bereiche lagen dann innerhalb der zulässigen Toleranz, wodurch ein aufwändiger Prozessschritt des Richtens minimiert werden kann.

Wie nah ist das Verfahren aus deiner Sicht an der industriellen Anwendung?

Selina Freygang: Es war erst einmal ein Forschungsprojekt. Die Ergebnisse sind vielversprechend jedoch sind für eine prozesssichere industrielle Umsetzung weitere Untersuchungen erforderlich.