Int. Bodenseetagung 2015 - Buchs Reproduzierbarkeit der ...•ISO/DIS 18203 Steels - Determination...
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Reproduzierbarkeit der
Randhärtetiefenbestimmung
Arnold Horsch
Int. Bodenseetagung
2015 - Buchs
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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