DE1169158B - Verfahren zum Bestimmen der Einhaertetiefe an Gegenstaenden aus ferromagnetischem Werkstoff - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Einhaertetiefe an Gegenstaenden aus ferromagnetischem Werkstoff

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DE1169158B
DE1169158B DED31142A DED0031142A DE1169158B DE 1169158 B DE1169158 B DE 1169158B DE D31142 A DED31142 A DE D31142A DE D0031142 A DED0031142 A DE D0031142A DE 1169158 B DE1169158 B DE 1169158B
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DED31142A
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Dr Rer Nat Hermann D Dipl-Phys
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/80Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material

Description

  • Verfahren zum Bestimmen der Einhärtetiefe an Gegenständen aus ferromagnetischem Werkstoff Zur zerstörungsfreien Messung der Einhärtetiefe an Werkstücken aus ferromagnetischem Werkstoff, also etwa an Walzen, insbesondere Kaltwalzen, aber auch an Kurbelwellen od. dgl. sind schon die verschiedensten Vorschläge gemacht worden. Die meisten der vorgeschlagenen Verfahren sind praktisch nicht zur Anwendung gelangt, da die Meßgenauigkeit zu gering war. Im Laufe der Zeit hat es sich herausgestellt, daß von. allen in Frage kommenden Methoden wohl nur die magnetischen Meßverfahren Aussicht auf Erfolg haben. Aber selbst die bisher vorgeschlagenen magnetischen Meßverfahren weisen eine zu große Meßungenauigkeit auf, insbesondere dann, wenn es sich um die Bestimmung größerer Einhärtetiefen handelt, so wie sie beispielsweise bei Kaltwalzen und ähnlichen Gegenständen, aber auch bei bestimmten Größen von Kurbelwellen vorkommen.
  • Eines der bekannten magnetischen Meßverfahren zur Bestimmung der Einhärtetiefe an Kaltwalzen wird so durchgeführt, daß ein etwa U-förmiges Joch, dessen Polschuhe der Walzenoberfläche genau anliegen, auf die Walze aufgesetzt wird und mit Hilfe einer das Joch umgebenden, gleichstromdurchflossenen Wicklung, die Walze an der Oberfläche bis zu einer gewissen Tiefe aufmagnetisiert wird. Hiernach wird das Erregerfeld bzw. der Spulengleichstrom abgeschaltet und nun mittels einer Kompensationsmethode die Feldstärke des auf der Walzenoberfläche gebildeten Dauermagnetpols gemessen. Dies kann so geschehen, daß mittels des gleichen Joches eine von Null langsam ansteigende Gegenfeldstärke erzeugt wird und diejenige Gegenfeldstärke bzw. der ihr entsprechende Strom gemessen wird, der notwendig ist, um den remanenten Magnetismus der Walzenoberfläche gerade wieder zu beseitigen. Um diesen Punkt genau ermitteln zu können, kann beispielsweise im Querschenkel des erwähnten Joches eine schwenkbare Hilfsspule, die mit einem Zeiger verbunden ist, angebracht sein. Diese Hilfsspule wird von einem Hilfsgleichstrom durchflossen, und sie wird immer dann einen Ausschlag zeigen, wenn durch den Querschenkel des Joches bzw. durch den Luftspalt, in dem sich die Spule befindet, ein magnetischer Fluß vorhanden ist. Dieser magnetische Fluß kann durch den remanenten Magnetismus der Walzenoberfläche verursacht sein oder durch das im Joch erzeugte magnetische Gegenfeld. Sind die beiden magnetischen Flüsse einander entgegengesetzt gleich, so kompensieren sie sich, und die Spule wird keinen Ausschlag zeigen. Dieser Punkt wird bei dem in Rede stehenden Verfahren ermittelt und die zu seiner Einstellung erforderliche Stromstärke empirisch etwa mit Hilfe einer Eichkurve - zur Einhärtetiefe in Beziehung gesetzt.
  • Dieses bekannte Verfahren hat einmal den Nachteil, daß das Joch aufs genaueste der Walzenoberfläche anliegen muß. Es ist also erforderlich, für jede Walzengröße ein neues Joch, zumindest aber ein neues Polschuhpaar zu verwenden. Andererseits hat sich auch gezeigt, daß dieses Verfahren lediglich für die Bestimmung von Einhärtetiefen von etwa 5 bis 12 mm brauchbar ist. Oberhalb und unterhalb dieses Bereiches reicht die Meßgenauigkeit für praktische Zwecke nicht aus. Außerdem verfälscht die Remanenz des Joches das Meßergebnis in unkontrollierbarer Weise.
  • Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, daß mittels eines an einem Ende angespitzten oder abgerundeten Dauermagnetstabes auf der Oberfläche des zu untersuchenden Werkstückes ein magnetischer Punktpol erzeugt wird. Dieser magnetische Punktpol wird anschließend - nach Entfernung des Dauermagneten - mittels eines Feldstärkemeßgerätes hinsichtlich seiner Stärke ausgemessen. Die so bestimmte Restfeldstärke wird nun wiederum mittels einer Eichkurve zur Einhärtetiefe in Beziehung gesetzt.
  • Die praktische Erprobung des zuletzt genannten Verfahrens hat gezeigt, daß dieses nur bis zu einer Einhärtetiefe von wenigen Millimetern anwendbar ist. Darüber hinaus ist der magnetische Fluß des Dauermagneten nicht in der Lage, den Werkstoff gleichmäßig zu durchfluten, so daß auch eine für praktische Zwecke brauchbare Messung auf diese Weise nicht möglich ist.
  • Es hat sich nun ergeben, daß ein praktisch brauchbares Verfahren zum Bestimmen der Einhärtetiefe an Gegenständen aus ferromagnetischem Werkstoff durch punktförmiges Aufmagnetisicren der zu untersuchenden Werkstücke, Abschalten des von außen angelegten Feldes und Entfernen der Magnetisierungsvorrichtung und durch Bestimmen der Restfeldstärke erhalten wird, wenn erfindungsgemäß eine solche Aufmagnetisierung vorgenommen wird, daß in der Oberfläche des Prüfkörpers mindestens zwei einander zugeordnete entgegengesetzte remanente punktförmige Magnetpole erzeugt werden, deren Abstand P der Beziehung P= (0,5 . . . 2,5) T genügt, wobei T die Härtetiefe darstellt, und die Restfeldstärke über einen dieser Punktpole ermittelt wird.
  • Es sind somit die im folgenden aufgezeigten Arbeitsschritte, die für sich betrachtet teilweise bekannt sind. in der angegebenen Reihenfolge auszuführen: a) Aufmagnetisieren der zu untersuchenden Werkstückzone an wenigstens zwei benachbarten, punktförmigen, einander zugeordneten Stellen mittels eines hufeisenförmigen Gleichstromelektromagneten, dessen beide Polschuhe angespitzt sind. Hierbei ist so zu verfahren, daß der Abstand P der Polschuhspitzen voneinander der Beziehung P=(0,5... 2,5) T genügt, wobei T die vermutliche Einhärtetiefe darstellt. b) Nach erfolgtem Aufmagnetisieren der Werkstückoberfläche an wenigstens zwei benachbarten punktförmigen Stellen wird das von außen angelegte Feld abgeschaltet und die Magnetisierungsvorrichtung entfernt. c) Hierauf wird die Restfeldstärke des Werkstückes an wenigstens einem der bei Schritt a) gebildeten Punktpole auf der Werkstückoberfläche mittels eines an sich bekannten Feldstärkemessers gemessen. Als besonders vorteilhaft hat sich, wie bei der zerstörungsfreien magnetischen Werkstoffprüfung bereits bekannt, die Verwendung einer »Hall-Sonde« erwiesen. d) Die so ermittelte Restfeldstärke des auf der Werkstückoberfläche erzeugten Punktpols kann nun mit Hilfe einer Eichkurve zur Einhärtetiefe in Beziehung gesetzt werden. Eine solche Eichkurve muß vorher durch Ausmessen der Restfeldstärke an verschieden tief gehärteten Werkstücken angefertigt werden. Es hat keinen Sinn, derartige Eichkurven generell wiederzugeben, da sie nur für diejenige Vorrichtung streng gelten, mit der sie aufgenommen wurden. Die Bestimmung der Einhärtetiefe an den Eichwerkstücken geschieht in der üblichen Weise durch Abschleifen und anschließende mechanische Härtebestimmung.
  • Durch die Verwendung eines zweipoligen Elektromagneten beim Aufmagnetisieren des Werkstückes wird gewährleistet, daß der aus dem einen Pol des Elektromagneten austretende magnetische Fluß in verhältnismäßig hoher räumlicher Konzentration zum Gegenpol fließt. Hierdurch ist es möglich, diesen magnetischen Fluß durch die gehärtete Oberflächenschicht bis zum weichen Kern des Prüflings zu führen und damit die Dicke der gehärteten Schicht zu bestimmen.
  • An Hand der Abbildungen soll das crfindungsgemäß vorgeschlagen Verfahren noch einmal kurz erläutert werden.
  • A b b. 1 veranschaulicht den oben erläuterten Schritt a) sowie die Vorrichtung, die zur Ausführung dieses Schrittes erforderlich ist. Es ist zu bemerken, daß die einzelnen Teile in A b b. 1 nicht maßstabgetreu wiedergegeben sind. vielmehr sind die Vorrichtungsteile im Verhältnis zur Walze vergrößert dargestellt.
  • A b b. 2 zeigt das Ausmessen der auf der Walzenoberfläche gebildeten Punktpole mittels eines an sich bekannten Feldstärkemessers.
  • In A b b. ] ist bei 1 als Beispiel flir einen auszumessenden Gegenstand eine Walze dargestellt mit ihrem weichen Kern 2 und ihrer Härtezone 3. Die erfindungsgemäß zu verwendende Aufmagnetisierungsvorrichtung ist bei 4 dargestellt. Bei 5 ist der eisenförmige Elektromagnetkern zu erkennen mit den angespitzten Polschuhen 6 und 6'. Die Gleichstromwicklung, welche den hufeisenförmigen Kern umgibt, ist bei 7 angedeutet. Bei 8 wird eine Gleichstromquelle - etwa ein Akkumulator od. dgl. - mit der Wicklung verbunden. Der Feldlinienverlauf im Innern des Werkstückes ist bei 9 angedeutet. Es ist zu erkennen, daß die Mehrzahl der Feldlinien in der gehärteten Oberflächenschicht verläuft. Die Eindringtiefe des magnetischen Flusses ist aber so groß, daß dieser ebenfalls bis in den weichen ungehärteten Kern 2 des Werkstückes eindringt.
  • Durch den Aufmagnetisierungsvorgang bilden sich auf der Oberfläche des Werkstückes zwei punktförmige, gegensinnige und einander zugeordnete remanente Magnetpole aus. Die Feldstärke dieser remanenten Magnetpole ist abhängig von der Stärke (Dicke) der gehärteten Oberflächenschicht. Der Feldlinienverlauf außerhalb des Werkstückes dieser beiden Dauermagnetpole ist in Abt. 2 bei 10 angedeutet. Bei lt ist die Meßsonde des Feldstärkemeßgerätes zu erkennen, wie es gemäß Schritt c) des oben erläuterten Verfahrens angewendet wird.
  • Die Tiefe, bis zu welcher die Kraftlinien bei der Aufmagnetisierung in das Werkstück eindringen müssen, richtet sich naturgemäß nach der Dicke der zu bestimmenden Härtezone. Die Verhältnisse sollen stets so sein, daß die Feldlinien ein wenig tiefer in das Werkstück eindringen, als die zu bestimmende Härtezone sich erstreckt. Andererseits darf die Tiefenausdehnung auch nicht zu groß sein, da sonst das Verhältnis der beiden aufzumagnetisierenden Werkstoffvolumina bzw. der Meßgröße zu ungünstig wird.
  • Die genauen Verhältnisse, die hier vorherrschen, werden stets Sache der Erfahrung bleiben; angenähert werden sie durch die oben angegebene Formel beschrieben.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Bestimmen der Einhärtetiefe an Gegenständen aus ferromagnetischem Werkstoff durch punktförmiges Aufmagnetisieren der zu untersuchenden Werkstücke, Abschalten des von außen angelegten Feldes und Entfernen der Magnetisierungsvorrichtung, durch Bestimmen der Restfeldstärke und durch Ermitteln der Einhärtetiefe an Hand einer Eichkurve, die die gemessene Restfeldstärke zur Einhärtetiefe in Beziehung setzt, gekennzeichnet durch eine solche Aufmagnetisierung, daß in der Oberfläche des Prüfkörpers mindestens zwei einander zugeordnete entgegengesetzte remanente punktförmige Magnetpole erzeugt werden, deren Abstand (P) der Beziehung P=(0,5...2,5) T genügt, wobei T die Härtetiefe darstellt, und durch Ennittlung der Restfeldstärke über einem dieser Punktpole.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die Bestimmung der Restfeldstärke mit einer Hallsonde erfolgt. ~~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 883 657; britische Patentschrift Nr. 151 383; USA.-Patentschrift Nr. 2 295 382; Dr.-Ing. Herbert von Weingraber, »Technische Härtemessung«, Carl Hanser Verlag, München, 1952, S. 98.
DED31142A 1959-07-24 1959-07-24 Verfahren zum Bestimmen der Einhaertetiefe an Gegenstaenden aus ferromagnetischem Werkstoff Pending DE1169158B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988002842A1 (en) * 1986-10-10 1988-04-21 Sten Linder A method and measuring system for contactless measuring the values of magnitudes relating to electrically conductive materials
DE19904414A1 (de) * 1999-02-04 2000-08-24 Murat Bajozitovic Bakirov Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an Bauteilen aus metallischen Werkstoffen

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