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Reproduzierbarkeit der

Randhärtetiefenbestimmung

Arnold Horsch

Int. Bodenseetagung

2015 - Buchs

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Alle Unterlagen sind zu Ihrem

persönlichen Gebrauch und unterliegen

dem © Copyright von

Die weitere Verwendung ist nur

mit Quelleangabe und vorheriger

Genehmigung gestattet

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• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

Inhalt

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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Wer bin ich?• Alter 56, Seit 1973 = >40 Jahre in der Werkstoffprüfung

• Seit 2002 Selbständig mit Schwerpunkt

• Härteprüfung, früherer Inhaber der AHOTEC e.K.

• Wärmebehandlungsüberwachung

• Schulung Wärmebehandlungsüberwachung

• Zerstörungsfreie Härte - und Gefügeprüfung

• Obmann DIN-NA 145-02-03 AA

Prüfung nach der Wärmebehandlung

• Project Leader EN 10328 - SHD, Überarbeitung

• Tätigkeit in verschiedenen Ausschüssen

AWT – VDI – DIN - EN

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Was mache ich?• Schulungen, Seminare

• Inhouse Schulungen und Trainings

• Beratungen zur Prüfung und Prüfoptimierung

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• Zerstörungsfreie Gefüge - und Härteprüfung

Was mache ich?

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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Stand der Normung

CHD (Eht)Stahl - Bestimmung und Prüfung der Einsatzhärtungstiefe

(ISO 2639:2002); Deutsche Fassung EN ISO 2639:2002

• Prüflast HV 1

• Grenzhärte 550 HV1, • wenn in 3x CHD die Kernhärte des Fertigteils unter 450 HV1 liegt, liegt die Kernhärte höher kann die

Grenzhärte angehoben werden. Ansonsten ist eine Vereinbarung zu treffen.

• Mittelwert aus 2 Härteverläufen,

zulässige Abweichung < 0,1mm, daraus der Mittelwert

• Die ISO 2639 ist eindeutig darin, an welcher Stelle der

Wärmebehandlung die CHD geprüft werden muss.

Vor dem Anlassen

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Stand der Normung

NHD (Nht)DIN 50190-3, Härtetiefe wärmebehandelter Teile;

Ermittlung der Nitrierhärtetiefe - Ausgabedatum: 1979-03

• Keine Internationale / Europaweite Normung vorhanden

• Prüflast HV 0,5

• GH (Grenzhärte) (Ist Kernhärte+50) HV,

(jeweils auf 10 HV gerundet)

• Kernhärte ermittelt in etwa 3x NHD

• Ein Härteverlauf, in Schiedsfällen 2 Härteverläufe

• Wird die Nitrierhärtetiefe an mehreren Stellen ermittelt, so braucht,

wenn der Unterschied der einzelnen Nitrierhärtetiefen 10% des

größten Wertes nicht überschreitet, nur der arithmetische Mittelwert

angegeben werden.

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Stand der Normung

NHD (Nht)

• Beispiel Italien für andere Auswertung

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Stand der Normung

SHD (DS / Rht)Eisen und Stahl - Bestimmung der Einhärtungstiefe

nach dem Randschichthärten;

Deutsche Fassung EN 10328:2005

• Durch Abschrecken gehärtete Schichten mit einer Dicke

von mehr als 0,3mm

• Prüflast HV 1

• „Grenzhärte“ = 0,8 x „Mindestwert der Oberflächenhärte“

• wenn in 3 x SHD die Kernhärte HV = Härte < Grenzhärte - 100

• Einer oder mehrere Härteverläufe

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Stand der Normung

SHD (DS /Rht)Eisen und Stahl - Bestimmung der Einhärtungstiefe

nach dem Randschichthärten;

Deutsche Fassung EN 10328:2005

• Die EN 10328 ist nicht eindeutig in der Aussage

wie aus der Oberflächenhärte die Grenzhärte ermittelt

wird• „Grenzhärte“ = 0,8 x „Mindestwert der Oberflächenhärte“

Umwertungsproblematik ist wie folgt:

58HRC 80% = 46,4 HRC = 465 HV Grenzhärte

58HRC = 655 HV 80% = 524 HV Grenzhärte

Hier ist die untere Toleranzgrenze der Zeichnung und nicht

die geprüfte Härte gemeint.

Unklar ist auch die Umwertung aus HRC Oberflächenwerten

für unterschiedliche Werkstoffe

Beispiel 58+4 HRC = 80% = 46,4 HRC

Mit Umwertung nach DIN 18265 wäre die Grenzhärte für

42CrMo4 = 460 HV 1 – Tab. B.1 (falsche Tabelle)

Cf 53 = 465 HV 1 – Tab. A.1

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Stand der Normung, was kommt

Als Entwurf vorhanden ist• ISO/DIS 18203

Steels - Determination of the thickness of surface-

hardened layers - Ausgabedatum: 2014-06

EN 10328 – SHD / DS• Wird gerade umfassend überarbeitet auf EN Ebene

ISO 2639 - CHD• Hier passiert im Moment nichts

EN xxxxx- NHD• Hier wird gerade eine EN erstellt

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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Zulässige Grenzabweichung der Prüfmaschine

Härteprüfung Vickers

Tabelle 5

DIN EN ISO 6507-2 / Dezember 2013

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Zulässige Wiederholpräzision der Prüfmaschine

Härteprüfung Vickers

Tabelle 4 DIN EN ISO 6507-2 / Dezember 2013

550 44 HV

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Bei einem theoretischen Istwert von 0,6 mm CHD

ergibt sich eine Streuung von ca. 12% bei der Ermittlung der CHD

Einfluss der zulässigen Messabweichung bei der Vickershärteprüfung

Rein rechnerische Darstellung CHD Verlauf

CHD Härteverlauf

200

250

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Randabstand mm

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

HV 1

CHD 0,6

min. 0,56 max. 0,63

Zulässige Messabweichung bei 550 HV1

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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Bedeutung der Messunsicherheit

Quelle: FH Fulda

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Bedeutung der Messunsicherheit

Toleranz

MU MUZur Verfügung

stehende Toleranz

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Bestimmung der Messunsicherheit

• Messunsicherheit des Prüfgerätes

• Messunsicherheit der Probe

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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• Der Einfluss der Materialungänzen wird bei der

Härtetiefenbestimmung meistens ignoriert

• Die Streuung die aus verschiedenen Prüfpositionen

am Bauteil kommt wird meistens ignoriert

Werkstoffeinfluss

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• Zeiligkeiten können zu erheblichen Streuungen

der Prüfergebnisse führen

Werkstoffeinfluss

Längsschliff : Rand --- Kern --- Rand

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• Zeiligkeiten können zu erheblichen Streuungen

der Prüfergebnisse führen

Werkstoffeinfluss

CHD

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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• Alle Messungen wurden mit automatischen

Härteprüfmaschinen ermittelt

• Alle Proben wurden mit der gleichen

Präparation geprüft

• Genutztes Prüfgerät

Foto Fritz Müller GmbH

Prüfergebnisse an Bauteilen

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Reale Messung HV 1Einfluss der Probe auf das Ergebniss

520

530

540

550

560

570

580

590

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Härtevergleichsplatte – 552 HV25 Messungen, je 10x Ausgewertet

Sollwert552HV1

MW 559 HVAlle Messungen

MWEinzelmessung

Min.

Max.

DIN -5%

DIN +5%

Range 18,5 = 3,4%

Erlaubt 44 = 8,0% MU Maschine = 10,36

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Einfluss der Probe auf das Ergebnis

Reale Messung MW CHD 0,79mm - Streubreite am Bauteil 0,15 mm = 19%

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

HV

1

Randabstand mm

MIN - MAX - MW Kurve aus 24 CHD Härteverläufen

Min

Max

MW

MW+ 5%

MW- 5%

CHD

0,86 mm

CHD

0,79 mm

CHD

0,71 mm

Maschine MU = 10,36

Probe MU 550HV = 23,52

Messung in einem Prüfablauf ohne Unterbrechung mit automatischer Auswertung

550 HV ± 5% = 523 - 577

550 HV ± MU = 526 - 573

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Reale Messung MW NHD 0,23 mm - Streubreite am Bauteil 0,04 mm = 17%

Einfluss der Probe auf das Ergebnis

300

350

400

450

500

550

600

650

0,0

5

0,1

0

0,1

5

0,2

0

0,2

5

0,3

0

0,3

5

0,4

0

0,4

5

0,5

0

HV

0,3

Randabstand mm

42CrMo4 GasnitriertMIN - MAX - MW Kurve aus 24 NHD - Härteverläufen

MIN.

Max.

MW

MW+ X %

MW- X %

NHD

0,24 mm

NHD

0,23 mm

NHD

0,2 mm

Maschine MU 10,35

Probe MU 366 HV 21,18

Messung in einem Prüfablauf ohne Unterbrechung mit automatischer Auswertung

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Inhalt

• Vorstellung

• Stand der Normung zur CHD - NHD - SHD Prüfung

• Zulässige Abweichungen aus der Normung

• Messunsicherheit und Prüfgenauigkeit

• Werkstoffeinfluss

• Prüfergebnisse an Bauteilen

• Zusammenfassung

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• Die Streuungen Prüfergebnisse der Härtetiefenmessung

können erheblich sein und schnell bis zu 20% betragen

• Unter Berücksichtigung von Präparationseinflüssen kann der

Fehler ansteigen

• Nicht berücksichtigt wurde der Einfluss verschiedener

Auswertesysteme, hier sind die Gerätehersteller sehr

sparsam mit der Auskunft wie Sie den Auswerten

• Wir haben Geräte gefunden die vermutlich außerhalb der

Norm Prüfen

Zusammenfassung

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• Zwischen den beteiligten sollten genaue absprachen getroffen

werden bezüglich

• Genaue Prüfposition

• Welche Messung ist die Schiedsmessung

• Vermutlich sind viele Diskussionen über die Prüfergebnisse

• Diskussionen über die Prüfgenauigkeit

• Diskussionen über die natürlichen Streuungen des Werkstückes

• Die Prozesse in den Anlagen dürften geringere Streuungen

aufweisen als die Prüfergebnisse vermuten lassen

• Wir suchen noch Teilnehmer an weiteren Ringversuchen -

Messungen

Zusammenfassung

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Vielen Dank

für Ihre

Aufmerksamkeit

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Bestimmung der Einsatzhärtungstiefe

DIN EN ISO 2639 – 2002 / Deutsch April 2003

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Bestimmung der Einsatzhärtungstiefe DIN EN ISO 2639 – 2002 / Deutsch April 2003

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Nochmals vielen

Dank für Ihre

Aufmerksamkeit