Q NET Engineering GmbH

Härtetiefenprüfung

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Situation

Durch das Randschichthärten werden der Verschleißwiderstand und die Dauerschwingfestigkeit dynamisch beanspruchter Bauteile verbessert. Diese Gebrauchseigenschaften werden vor allem durch die Oberflächenhärte, die Einhärtetiefe und den Eigenspannungstiefenverlauf festgelegt. Ein wesentliches Qualitätsmerkmal beim Randschichthärten ist die Dicke der gehärteten Schicht (Rht). Eine Qualitätsabsicherung des Härteprozesses war bisher nur stichprobenartig unter Verwendung zerstörender Methoden mit entsprechend hohem Zeit- und Kostenaufwand möglich.

Lösungen

Bestimmung der Härtetiefe mit dem Ultraschallrückstreugerät Härti P3121

Q NET entwickelte zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP ein Ultraschall-Verfahren, das schnell und zerstörungsfrei die Rht misst. Der Prüfaufwand wird bei gleichzeitiger Kostenreduktion gesenkt und eine schnelle Fertigungskontrolle ermöglicht, wodurch ein gleichbleibend hohes Qualitätsniveau gesichert wird.
Q NET liefert Prüfsysteme zur Optimierung von Fertigungsparametern, zur Reduzierung der Stillstandszeiten nach Induktorwechsel, zur schnellen Fertigungsüberwachung und für den Einsatz im Qualitätswesen.

Rht-Messgerät
Abbildung 1: Rht-Prüfgerät "Härti" P3121, Notebook-Version

Informationen zum Verfahrensprinzip

Ultraschallwellen werden überall dort gestreut, wo sich die Dichte und/oder die elastischen Materialeigenschaften in einem begrenzten Bauteilbereich innerhalb des Schallstrahles verändern. Die Schallwellen werden im Allgemeinen in alle Richtungen gestreut, ein Teil auch zurück zum Ultraschallprüfkopf. Der Effekt, also die Größe der gestreuten und auch der rückgestreuten Schallenergie hängt zum Einen ab von der Veränderung der Dichte und/oder der elastischen Materialeigenschaften im Volumenbereich und zum Anderen vom Verhältnis der geometrischen Größe dieses Volumenbereiches (Streuers) zur Ultraschallwellenlänge.

Durch Anpassung der Ultraschallwellenlänge, d.h. durch Anpassen der Ultraschallfrequenz, wird die Stärke der Ultraschallrückstreuung beeinflusst. Sind die mittleren Korngrößen klein im Vergleich zur Ultraschallwellenlänge, ist die Streuung gering; bei größeren Körnern wird der Effekt stärker bis es schließlich an Körnern, die viel größer als die Wellenlänge sind, zur Schallreflexion kommt.

Bei der Bestimmung von Randhärtungstiefen (Rht) nutzt man die Rückstreuung der Ultraschallwellen an den Körnern des Grundmaterials. Die Ultraschallfrequenz und damit die Wellenlänge ist so eingestellt, dass das Gefüge in der gehärteten oberflächennahen Zone nur vernachlässigbar geringe Streuung verursacht. Beim Übergang des Schallpulses in das Grundmaterial mit der ausgeprägten Kornstruktur wird aber signifikant Streuung verursacht. Aus der Zeit, die der Schallimpuls benötigt, um von der Bauteiloberfläche bis zu der Stelle wo Streuung verursacht wird zu laufen, ergibt sich die Dicke der gehärteten Zone.
Damit ist jedoch auch klar, dass die mittels Ultraschallrückstreuung bestimmte Rht nicht notwendigerweise identisch mit dem Rht-Wert ist, der metallographisch und/oder mittels Mikrohärtemessung und/oder mit irgendeinem anderen etablierten Verfahren bestimmt wird. Ebenso klar ist aber auch, dass es in vielen Fällen eine gute Korrelation geben wird zwischen dem Ultraschall-Rht-Wert und dem Vergleichswert, denn beide Tiefen, die Tiefenlage des Grundgefüges und die mit etablierten Verfahren bestimmte Rht werden von den Prozessparametern des Härtens beeinflusst.

Bestimmung der Härtetiefe mit dem mikromagnetischen Gefügeprüfer MikroMach ®

Das MikroMach-Gerät ist ein kompaktes und kostengünstiges System zur zerstörungsfreien Gefügecharakterisierung für die manuelle oder Serienprüfung von magnetisierbaren Bauteilen. Das Gerät eignet sich unter anderem zur Charakterisierung von Härte, Eht, Rht, Nht und Härtetiefenverlauf.

Tragbares Messsystem
Abbildung 2: Mobiles Messsystem (links) - Einheit von Messgerät und Sensor (rechts)

Informationen zum Verfahrensprinzip

Das System nutzt den Effekt, dass sich die Magnetisierungshysterese mit der Gefügezusammensetzung und Eigenspannungen des Werkstoffs verändert. Prinzipiell wird der Prüfling mit magnetischen Wechselfeldern einstellbarer Amplitude in bis zu 8 Frequenzen gleichzeitig beaufschlagt. Diese sogenannte Multiparametermessung basiert auf der Erfassung von bis zu 40 Eingangsgrößen von bis zu vier parallel ablaufenden Messverfahren.

Die Parametrierung und Kalibrierung des Prüfsystems wird werkseitig vorgenommen. Dafür werden von einem Muster unter Produktionsbedingungen jeweils bis zu 40 unterschiedliche Eingangsdaten pro Messung erfasst. Anschließend wird das Muster metallographisch untersucht. Die Ergebnisse der zerstörenden Prüfung werden mit den erfassten Messdaten verglichen.

Weiterführende Informationen

Ansprechpartner

Yvan Lejeune
Phone: +49 (0) 6 81/9 76 71 53
Fax: +49 (0) 6 81/9 76 71 58