Zerstörungsfreie Härte- und Gefügeprüfung wärmebehandelter ... · Veröffentlichung auch...

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Zerstörungsfreie

Härte- und Gefügeprüfung

wärmebehandelter Massenteile

mit mehrfrequenten

magnetinduktiven Verfahren

Arnold Horsch – Günther Dinold

Veröffentlichung auch auszugsweise nur mit Genehmigung ©

Alle Unterlagen sind zu Ihrem

persönlichen Gebrauch und unterliegen

dem © Copyright von

Die weitere Verwendung ist nur

mit Quelleangabe und vorheriger

Genehmigung gestattet


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

• Seit 2002 Selbständig, seit 2013 mit Schwerpunkt

• Wärmebehandlungsüberwachung

• Schulung Wärmebehandlungsüberwachung

• Härteprüfung

• Metallographie

• Prüforganisation

• Zerstörungsfreie Härte - und Gefügeprüfung

• Obmann DIN-NA 145-02-03 AA

Prüfung nach der Wärmebehandlung

• Project Leader EN 10328 - SHD, Überarbeitung

• Member EN Project Team – NHD Neuerstellung

• Tätigkeit in verschiedenen Ausschüssen

AWT – VDI – DIN - EN


Was mache ich?• Schulungen, Seminare

• Inhouse Schulungen und Trainings

• Beratungen zur Prüfung und Prüfoptimierung


Zerstörungsfreie Gefüge - und Härteprüfung mit

magnetinduktiven Verfahren (Wirbelstrom)

Was mache ich?


Inhalt• Warum zerstörungsfreie Prüfung

• Grundlagen der

magnetinduktiven Gefügeprüfung

• Was ist präventives Prüfen

• Beispiele aus der Praxis

• Erweiterte Stichprobenprüfung

• Zusammenfassung


• Aussage über die Qualität

• Sind alle Teile i.O

• Aussage über die Streuung

der Fertigung

10 mm

Warum zerstörungsfreie Prüfung?


Typische Wärmebehandlungsfehler

AustenitisierungstemperaturZu hoch 1

Zu niedrig 2

AustenitisierungszeitZu kurz 3

Zu lang 4

Abschrecken

Zu kurz 5

Zu lang 6

Dampfblasenbildung 7

AnlasstemperaturZu hoch 8

Zu niedrig 9

AnlasszeitZu kurz 10

Zu lang 11

Falsche WerkstoffeMaterialverwechselung 12

Chargenvermischung 13


34 CrMo 4 - 1.7220

Gefügeeinflüsse bei der Härteprüfung

228 – 266 HB

770 – 900 N/mm2

Undefiniertes Gefüge aus

Ferrit + Perlit

Aus der Schmiedehitze abgekühlt,

keine Wärmebehandlung

238 – 276 HB

800 – 930 N/ mm2

Angelassener Martensit

Vergütet

Von 238-266 HB gibt es

mit der Härteprüfung

keine Unterschiede


Prüfung wärmebehandelter Bauteile ist

• Feststellung ob der Prozess

einwandfrei funktioniert hat

• Gefügeprüfung (oft über Härte)

• Feststellung unbekannter Fehler


Werkstoffvermischungen / Härtefehler

Kleine Menge mit Spektrometer / Härteprüfmaschine


Große Mengen z.B. 1.000.000 Teile womit ?

Unbekannte Werkstoffvermischungen / Härtefehler


Zerstörungsfreie

Prüfmethoden

mit magnetinduktiven

Verfahren



• Grundlagen der





• Zusammenfassung


Vorhandene Verfahren

• Einfrequenzprüfung

• Präventive Mehrfrequenzprüfung

Grundlagen der Wirbelstromprüfung


Elektrischer Strom ist IMMER von einem

magnetischen Feld begleitet



Magnetische Wechselfelder induzieren

in elektrischen Leitern Spannungen



Der magnetische Fluß hängt vom Strom (i) ab

i

f



Die induzierte Spannung (u) hängt von der Kopplung ab

ui

u

Sender

Empfänger



Die Kopplung wird (durch den

magnetischen Fluß

im Prüfling) verbessert

Prüfteil

i

u

u

Signalgewinnung



Magnetisierungskurve

Magnetische Feldstärke [A/m]

B

H

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 1000 2000 3000 4000

Der magnetische Fluß

hängt von der

magnetischen Feldstärke ab



Jedes Gefüge, jede Legierung

hat eine

eigene

MAGNETISIERUNGS-

KURVE


Die Beziehung zwischen

Feldstärke (H) und Induktion (B)

ist durch die

PERMEABILITÄT(µ)

gegeben



Permeabilität



Permeabilität verschiedener Legierungen

0

100

200

300

400

500

600

10 100 1000 10000 100000

C45

St70-2100Cr6

9S20

C15


µrel



Permeabilität



Einfrequenz Technik

f [kHz]

50 Hz

Amplitude

0,01 0,1 1 10 100

Amplitude

t [s]

Zeitachse

0,1



Typische eindimensionale Toleranzgrenzen

eines einfrequenten Prüfgerätes

i.O.n.i.O n.i.O

Grundlagen der WirbelstromprüfungEinfrequenz Technik

Typische zweidimensionale Toleranzgrenzen

eines einfrequenten Prüfgerätes


Typischer ‘begrenzter Blick’ einer einfrequenten Prüfung

0

100

200

300

400

500

10 100 1000 10000 100000

µrel

C45

St70-2

Kein Unterschied

zwischen

o.k. Material 100Cr6

und dem

unerwartetem C45

i.O. Material

100Cr6




Einfrequente Prüfung sucht

genau bekannte Fehler!


Einstellung der besten Trennfrequenz

über Fehlerhafte Teile,

mit künstlichem Fehlerteil,

des angenommenen Fehlers



• Grundlagen der





• Zusammenfassung


Mehrfrequente PRÄVENTIVE

Prüfung sucht unbekannte

Fehler!


Einstellung nur über GUT Teile,

mit anschließender Prüfung

gegen unbekannte Fehler


Präventive Prüfung

wie funktioniert das ?

Warum ist sie

soviel besser ?



Keine Zeitbeschränkungen mehr

bei der Mehrfrequenz Technik.

Die Präventive Mehrfrequenz Prüfung

ist die Lösung

0,1

t [s]

Amplitude

0,15

f [kHz]

0,01 0,1 1 10 100

Amplitude

20 Hz

63 Hz

200 Hz

630 Hz

2 kHz

6,3 kHz

20 kHz

63 kHz

7,5

Mehrfrequenz Technik



PRÄVENTIVE MEHR FREQUENZ PRÜFUNG

0

100

200

300

400

500

10 100 1000 10000 100000

µrel

C45

St70-2

100Cr6

Erst die Breitbandprüfung mit

PMFPzeigt all die Unterschiede der

Permeabilitätskurven




Jeder Werkstoffzustand und

jedes Gefüge haben einen

individuellen magnetischen

Fingerabdruck



Fingerabdruck




Kalibriert mit C15

Prüfling = C15

Kalibriert mit C15

Prüfling = 16Mn Cr5Kalibriert mit C15

Prüfling = 9S Mn Pb28K

Kalibriert mit C15

Prüfling = C45K

Kalibriert mit C15

Prüfling = X20 Cr13


Welche Vorteile hat der

Anwender vor Ort?

Nur 3 Schritte zur Prüfung:

1. KALIBRATION

2. TOLERANZFELDER

3. PRÜFUNG



• Grundlagen der





• Zusammenfassung


Anwendung


Anwendung 100 % Prüfung

• 100% Überwachung

• Induktives glühen

• CHD Prüfung

Einsatzgehärtet

Induktiv geglüht

Exzenterwelle



Kugeln 1. Werkstoffverwechselung

22 Werkstoffe C15 bis X6CrNiMoTi 17 12 2

2. Wärmebehandlungsfehler aller Art

3. Ø von 1,0 – 4,7 mm

4. Prüftakt 16,5 Teile/sek. = ca. 59.000 Teile/h



i.O. n.i.O. n.i.O.n.i.O.

PKW Radnabe Induktiv gehärtet



• Grundlagen der





• Zusammenfassung


•Streuung der Härte in der Charge

•Streuung der CHD in der Charge

•Streuung der Anlassergebnisse

in der Charge

Anwendung erweiterte Stichprobe


Anwendung erweiterte Stichprobe



• Grundlagen der





• Zusammenfassung


Zusammenfassung

Magnetinduktive mehrfrequente Gefügeprüfung ist

• ein schnelles und sicheres Prüfverfahren zur

Wärmbehandlungsüberwachung

• einfrequente Prüfung ist nicht sicher und findet nur

genau bekannte Fehler, sollte nicht verwendet werden

• mehrfrequente Prüfung ist die sichere

Prüfung gegen unbekannte Fehler

• es können sehr hohe Prüfgeschwindigkeiten, bis ca.

59.000 Teile/h verwirklicht werden

• das Prüfverfahren zur wirtschaftlichen

100% Gefügeprüfung


Vielen Dank

für Ihre

Aufmerksamkeit

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