DE1157003B - Verfahren zur zerstoerungsfreien Haertepruefung - Google Patents

Description

• Verfahren zur zerstörungsfreien Härteprüfung Stahl erhält seine Härte bekanntlich durch die Martensitbildung beim Abschreckvorgang. Da Martensit einen wesentlich höheren Restmagnetismus besitzt als Perlit, wird nach einem bekannten Verfahren die Remanenz für den Restmagnetismus gemessen. Diese gilt dann als Maß für den Martensitgehalt und damit für die Härte des Stahls.
• Eine zuverlässige Bestimmung der Härte eines Stahls durch Messung seiner Remanenz ist aber nur möglich, wenn im Prüfling kein Restaustenit vorhanden ist. Restaustenit hat nämlich die Eigenschaft, die magnetische Sättigung des Materials und damit entsprechend der Gesetzmäßigkeit der Sättigungskurve auch die Remanenz zu verringern. Restaustenit bleibt aber bereits bei kleinen Schwankungen in der Wärmebehandlung oder in der Zusammensetzung des Materials, die immer unvermeidlich sind, in allen gehärteten Teilen in unterschiedlichen Mengen zurück.
• Bei Anwesenheit von Restaustenit im Prüfling wird also nach dem bekannten Verfahren der reinen Remanenzmessung trotz tatsächlich vorhandener ausreichender Härte eine geringe Remanenz gemessen und hieraus auf eine geringe Härte des Materials geschlossen, die in Wirklichkeit gar nicht vorhanden ist. Ein Teil der Prüflinge wird infolgedessen fälschlich als zu weich ausgeschieden.
• Eine weitere Fehlerquelle der bekannten reinen Remanenzmessung ergibt sich, wenn im Prüfling Troostit enthalten ist. Troostit verringert die Remanenz viel weniger als die gleiche Menge Austenit, beeinflußt aber die Härte des Prüflings ebenfalls in der Weise, daß eine geringere Härte des Prüflings die Folge ist. Trotz dieser verschiedenen Härteverhältnisse bei einem Prüfling mit hohem Gehalt an Martensit und kleinem Gehalt an Restaustenit einerseits und einem Prüfling mit geringem Gehalt an Martensit und größerem Gehalt an Troostit wird nach dem bekannten Verfahren eine gleich große Remanenz gemessen, woraus wiederum falsche Schlüsse hinsichtlich des Härtegrades des Stahls gezogen werden.
• Es sind auch Verfahren bekannt, die eine Härtebestimmung über eine Messung der magnetischen Sättigung anstreben. Diese Verfahren vermögen aber aus den gleichen Gründen, wie bereits erörtert, ebensowenig zu sicheren Meßergebnissen zu führen. Denn gerade die besten Prüflinge mit hohem Martensit-und kleinem Restaustenitgehalt besitzen ja die gleiche Sättigung wie die ungehärteten Prüflinge. Auch sie werden infolgedessen fälschlich als zu weich ausgeschieden.
• Zum Stand der Technik gehört auch bereits ein Verfahren zur magnetischen Bestimmung von Gefügeeigenschaften von Metallteilen, bei welchem die Eigenschaften aus der Bestimmung zweier oder mehrerer magnetischer Werte ermittelt werden. Bei diesem Verfahren handelt es sich darum, daß die Gefügeeigenschaften guß eiserner Maschinenteile, insbesondere die Wachstumsfähigkeit von Kolbenringen bei höheren Temperaturen durch Bestimmung von Koerzitivkraft und magnetischer Sättigung ermittelt werden. Die Bestimmung der Gefügeeigenschaften nach diesem Verfahren erfordert mindestens zwei Messungen. Beide Meßwerte werden zur Auswertung in ein Koordinatensystem eingetragen, in welchem ein bestimmter Bereich als gut eingezeichnet wurde.
• Dieses Bestimmungsverfahren ist sehr umständlich und bietet keinerlei Sicherheit. Eine eindeutige Bestimmung zu dem vorliegenden Härtegefüge oder zu den Remanenzwerten besteht nicht. Die Koerzitivkraft ist nämlich sehr stark von den inneren Spannungen abhängig. Die Sättigungsmagnetisierung zeigt zwar eine eindeutige Abhängigkeit von dem Restaustenitgehalt, jedoch keine eindeutige Abhängigkeit von der Härte.
• Die geschilderten Nachteile sind bei einem Verfahren zur zerstörungsfreien Härteprüfung von ferromagnetischen Werkstoffen durch Bestimmung von zwei magnetischen Kenngrößen aus der zur Sättigungsmagnetisierung gehörenden Hysteresiskurve, deren eine die Sättigung ist, dadurch behoben, daß erfindungsgemäß die Differenz aus Sättigung und Remanenz als Maßzahl für die Charakterisierung des Härtegefüges verwendet wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil vermittelt, daß die der Gefügebegutachtung zugrunde gelegte Differenz aus Sättigungsmagnetisierung und Remanenz mit einer einzigen Messung direkt ermittelt werden kann. Die Größe dieses Meßwertes ergibt dann sofort das vorliegende Härtegefüge bzw. die mechanische Härte des Prüflings. Es ist also möglich, auf Grund eines einzigen Meßwertes die Menge des Martensits unabhängig von dem Restaustenitgehalt zu bestimmen. Erst hierdurch ist die erforderliche Sicherheit und die für die praktische Anwendung wesentliche Einfachheit der Prüfung erreicht.
• Außerdem kann der Gehalt an Restaustenit bzw.
• Perlit ermittelt werden. Es ist somit durch das ertindungsgemäße Verfahren eine sehr genaue Härtemessung vermittelt und eine absolut sichere Kontrolle wärmebehandelter Teile ermöglicht.
• Zur Ermittlung der magnetischen Kenngrößen können alle hierzu geeigneten Vorrichtungen verwendet werden. Als besonders geeignet hat sich die an Hand der Zeichnung dargestellte, bereits bekannte Vorrichtung erwiesen. Sie besteht aus einem U-förmigen Weicheisenkern 2 und einem Weicheisenjoch 1.
• Beide sind in der Mitte durch eine Weicheneisenbrücke 7 untereinander verbunden. Zwischen den Enden des Weicheisenkerns einerseits und des Weicheisenjoches andererseits sind zwei genau festgelegte und untereinander gleiche Luftspalte 3, 4 frei gelassen. Auf den beiden senkrechten Außenstegen des U-förmigen Weicheneisenkerns ist je eine Magnetspule 5, 6 angeordnet. An die Weicheneisenbrücke 7 ist ein magnetischer Kraftflußmesser angeschlossen.
• In den Luftspalten wird zur Messung je ein Meisterwerkstück und ein Prüfling derselben Form durch einen Anschlag in einer genau bestimmten Lage festgehalten.
• Durch einen pulsierenden Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom in den Magnetspulen 5, 6 wird in den Luftspalten 3, 4 ein Magnetfeld erregt, dessen Betrag zwischen Null und der Sättigungsfeldstärke stetig wechselt und dessen Richtung beibehalten wird. In der Weicheneisenbrücke 7 überlagern sich die magnetischen Kraftlinien vorzeichenrichtig. Haben die beiden Werkstücke in den Luftspalten nun unterschiedliches Gefüge, so unterscheiden sie sich entweder nur in der Remanenz oder nur in der Sättigung oder in beiden magnetischen Eigenschaften. Der magnetische Fluß in der Weicheisenbrücke ist dann bei Sättigungsfeldstärke proportional zur Differenz der Sättigung der beiden Werkstücke; wenn die Feldstärke in den Luftspalten 3 und 4 auf Null abgesunken ist, ist er proportional zur Differenz ihrer Remanenz. Wenn das Vergleichsstück so gewählt ist, daß es neben Martensit eine extrem große Menge Restaustenit enthält und keinen Ferrit, so ist der magnetische Fluß in der Weicheisenbrücke ein Maß für das Verhältnis Martensit zu Ferrit in dem Prüfling, wenn kein vollständiges Härtegefüge vorliegt. Wenn der Prüfling hingegen durchgehärtet ist, so ist der magnetische Fluß in der Weicheisenbrücke ein Maß für das Verhältnis Martensit zu Restaustenit. Es ist also in jedem Fall möglich, die Menge des Härtegefüges zu bestimmen, wobei die Meßergebnisse weitgehend mit der mechanischen Härteprüfung übereinstimmen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur zerstörungsfreien Härteprüfung von ferromagnetischen Werkstoffen durch Bestimmung zweier magnetischer Kenngrößen aus der zur Sättigungsmagnetisierung gehörenden Hysteresiskurve, deren eine die Sättigung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus Sättigung und Remanenz als Maßzahl für die Charakterisierung des Härtegefüges dient.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigung und die Remanenz bzw. deren Differenz absolut gemessen werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz aus Sättigung und Remanenz eines Prüflings mit der Differenz aus Sättigung und Remanenz eines Meisterstückes von genau definiertem Mikrogefüge verglichen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Differenz aus Sättigung und Remanenz mit einer Messung der Sättigung oder Remanenz verbunden wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der magnetischen Kenngrößen des Werkstoffes ein pulsierendes Magnetfeld verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pulsierende Magnetfeld durch eine Halbperiode eines Wechselstromes beliebiger Frequenz und Kurvenform erregt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das pulsierende Magnetfeld durch einen Wechselstrom beliebiger Frequenz und Kurvenform erregt wird, indem dem Wechselstrom ein Gleichstrom überlagert wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 669 028, 741 194, 749 278, 759 035, 848 276, 883 623; deutsche Patentanmeldung L 14616 IXb /42k (bekanntgemacht am 24. 3. 1955); französische Patentschrift Nr. 485 816; USA.-Patentschriften Nr. 1 682435, 2 337 231.