DE2605988B2 - Verfahren zur Prüfung kugelgestrahlter Oberflächen eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung kugelgestrahlter Oberflächen eines Werkstücks zur Bestimmung des Grades der durch das Kugelstrahlen erzielten Verdichtung der Deckschicht

Es ist bekannt, daß durch Beaufschlagung einer Oberfläche eines Metallteils mit Metall- oder Glaskflgelchen oder -teilchen eine verdichtete Deckschicht in der metallischen Oberfläche erzielt wird, wodurch eine verbesserte Dauerfestigkeit und ein verbesserter

.'o Widerstand gegen Spannungskorrosion des Werkstücks erzielt wird. Dieses Verfahren wird auch als »Kugelstrahlen« bezeichnet Auch zum Biegen metallischer Bauelemente in vorbestimmte Konfigurationen, die mit anderen durchführbaren Verfahren nicht herstellbar

2'ϊ sind, wird das Kugelstrahlen verwendet.

Bei der Durchführung einer Kugelstrahlbehandlung ist es schwierig, eine gleichmäßige Intensität des Strahlvorgangs und den gewünschten Grad der durch das Kugelstrahlen erzielten Verdichtung der Deck-

m schicht auf den Teilen zu erhalten, insbesondere dann, wenn die Teile eine verwickelte Form haben. Wenn das Kugelstrahlen im wesentlichen zur Verhinderung oder Verringerung von Spannungskorrosion durchgeführt wird, ist der Grad der Deckschicht-Verdichtung der

i') durch Kugelstrahlen zu behandelnden Oberflächen von besonderer Wichtigkeit, um sicherzustellen, daß sich die verdichtete Deckschicht über die gesamte zu behandelnde Oberfläche erstreckt. Dieses Verfahren der Feststellung oder Messung der Intensität der durch Kugelstrahlen erreichten Verdichtung ist vollständig beschrieben in dem Artikel von H. F. Moore mit dem Titel »Shot Peening and The Fatigue of Metals«, veröffentlicht von American Foundry Equipment Company, und in der US-Patentschrift 36 95 091 vom

t5 3.10.1972 (Smith). Der Grad der Verdichtung wird üblicherweise in Almen-Einheiten mittels eines Almen-Teststreifens gemessen (vgl. Seiten 18 und 19 des obengenannten Artikels). Nachdem also ein praktizierbares Verfahren zur Messung des Grades der Kugelstrahlung besteht, verbleibt lediglich noch das Problem, daß die durch Kugelstrahlen zu behandelnde Oberfläche im erforderlichen Ausmaß bedeckt, d. h. ununterbrochen behandelt ist. Das Ausmaß der kugelgestrahlten Deckschicht ist jedoch nicht nur beim Kugelstrahlen zur Verringerung der Spannungskorrosion wichtig, sondern es ist auch in den Fällen wichtig, in denen das Kugelstrahlen zur Verbesserung der Dauerbeanspruchbarkeit und/oder der Verhinderung von Ermüdungsbrüchen dient. Dabei ist der Umfang der Deckschicht in kritischen Bereichen mit Spannungskonzentrationen von besonderer Wichtigkeit, um sicherzustellen, daß die verdichtete Deckschicht sich ohne Unterbrechung über die gesamte zu behandelnde Oberfläche erstreckt. Die gegenwärtig verwendeten Verfahren erfordern eine visuelle Inspektion unter wenigstens zehnfacher Vergrößerung, wodurch die Beurteilung des Ausmaßes der kugelgestrahlten Deckschicht dem »geübten Auge« und der Beurteilung eines

Fachmanns überlassen bleibt Das Problem wird noch dadurch verschärft, daß es extrem schwierig, wenn nicht zeitweilig unmöglich ist, große kugelgestrahlte Oberflächenbereiche mit einem Vergrößerungsglas mit zehnfacher Vergrößerung visuell zu überprüfen, wie dies von » einigen militärischen Vorschriften und den Flugzeugherstellern verlangt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung kugelgestrahlter Werkstückoberfläche^ zur Bestimmung des Grades und Umfangs der durch das Kugelstrahlen erzielten Verdichtung der Deckschicht anzugeben, das einfach, preiswert und genau durchführbar usid auch bei kompliziert geformten Werkstücken anwendbar ist, wobei die Prüfung der Gleichmäßigkeit und Geschlossenheit der Deckschicht selbst von ungeübtem Personal durchführbar sein soll.

Das Verfahren der eingangs angegebenen Art zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine Kontrollprobx.· aus einem Material, das dem Material des durch Kugelstrahlen zu behandelnden Werkstücks entspricht, mit einem identifizierbaren Material beschichtet wird; das die Kontrollprobe so lange kugelgestrahlt wird, bis eine in vorbestimmtem Maß verdichtete Deckschicht erhalten wird, was zu einer Veränderung des Aussehens der aufgebrachten Schicht im Bereich der kugelgestrahlten Oberfläche führt; daß die Oberfläche des mit auf dieser Oberfläche mit dem gleichen Material wie die Kontrollprobe beschichteten kugelzustrahlenden Werkstücks kugelgestrahlt wird; und daß das Aussehen der kugelgestrahlten Oberfläche des Werkstücks mit dem Aussehen der Kontrollprobe verglichen wird, wobei gleiches Aussehen der verglichenen Oberflächen zeigt, daß die kugelgestrahlten Oberflächen des Werkstücks das vorbestimmte Maß an Verdichtung der » Deckschicht erfahren hat.

Wenn das Aussehen der miteinander verglichenen Oberflächen ungleich ist, wird das Werkstück weiter kugelgestrahlt, bis die verglichenen Oberflächen im wesentlichen ein identisches Aussehen haben.

Das identifizierbare Material kann in Weiterbildung der Erfindung eine einen Farbstoff enthaltende Flüssigkeit sein. Als Farbstoff wird vorzugsweise ein lichtabhängig lumineszierende Eigenschaften aufweisender Farbstoff verwendet. Eine fluoreszierende Standard-Färbeflüssigkeit, die von der Firma Shannon Luminous Materials Company, Los Angeles, USA unter der Geschäftsnummer 220 vertrieben wird, hat sich für harte metallische Teile, beispielsweise Stahl mit einer Härte von 260-280 KSl (18 278-19 684 kg/cm²) als geeignet erwiesen. Die den Farbstoff enthaltende Flüssigkeit kann durch Auftragen auf das Werkstück und die Kontrollprobe aufgebürstet oder aufgesprüht werden, oder die Teile werden in ein Bad aus einer solchen Flüssigkeit getaucht. Nach der Aufbringung läßt man die Flüssigkeit vor dem Kugelstrahlen trocknen oder aushärten.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Oberflächen des kugelzustrahlenden Werkstücks und einer Kontrollprobe oder eines Streifens mit einer einen fluoreszierenden Farbstoff enthaltenden Flüssigkeit beschichtet. Die Kontrollprobe wird in solchem Maße kugelgestrahlt, wie dies bei einer entsprechenden Behandlung der Werkstück-Oberfläche zu optimaler Dauerbelastbarkeit bzw. Widerstandsfä- b5 higkeit gegen Spannungskorrosion führt. Danach kann die kugelgestrahlte Oberfläche der Kontrollprobe von einem Fachmann bezüglich des Ausmaßes oder Grades der Deckschicht unter ultra-violettem Licht geprüft werden, wobei, wenn erforderlich, die Prüfung unter zehnfacher Vergrößerung erfolgen kann. Die Werkstück-Oberflächen werden dann kugelgestrahlt und unter Bestrahlung mit ultra-violettem Licht verglichen, um zu bestimmen, ob die Fluoreszenzstrahlung der kugelgestrahlten Oberflächen der der Kontrollprobe entspricht Dieser letzterwähnte Vergleidi muß ersichtfich nicht von einem Fachmann für Kugelstrahlen ausgeführt werden. Wenn die Fluoreszenzstrahlung des Werkstücks der der Kontrollprobe nicht entspricht wird die Kugelstrahlbehandlung weiter durchgeführt, bis ein Vergleich zeigt daß der Grad oder Umfang der Deckschicht auf dem Werkstück der Kontrollprobe entspricht

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, die sechs Kontrollproben mit unterschiedlichen Graden der Verdichtung der kugelgestrahlten Deckschicht unter ultra-violettem Licht zeigt, beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Prüfung kugelgestrahlter Oberflächen eines Teils oder Werkstücks dient zur Bestimmung des Grades oder Ausmaßes der Verdichtung der kugelgestrahlten Deckschicht um sicherzustellen, daß der Teil eine optimale Dauerbelastbarkeit oder einen möglichst weitgehenden Widerstand gegen Spannungskorrosion erhält, wie im folgenden noch beschrieben wird.

Zunächst wird eine Kontrollprobe oder ein Streifen, wie er in der Zeichnung gezeigt ist mit einem Material beschichtet, das vorzugsweise aus einem flüssigen Träger, beispielsweise einer Verbindung auf Harzbasis besteht, der hinreichend rasch trocknet und einen fluoreszierenden Farbstoff enthält, der bei Bestrahlung mit ultra-violettem Licht relativ unstabil ist. Selbstverständlich kann auch jedes andere geeignete Material verwendet werden, das unter beliebigem Licht unterschiedliche Farbansammlungen der kugelgestrahlten Oberfläche sichtbar macht. Eine Vielzahl anderer Beschichtungsmaterialien kann in Verbindung mit Werkstücken aus unterschiedlichen Metallen oder Zusammensetzungen verwendbar sein.

Eine große Zahl in Frage kommender Beschichtungsmaterialien sind in den US-Patentschriften 22 59 400; 27 74 886; 3108 187 und 36 75 015 beschrieben. Die Kontrollprobe wird aus dem gleichen Material ausgewählt, aus dem das kugelzustrahlende Werkstück oder der zu behandelnde Teil besteht, oder zumindest wird ein Material gewählt, das im wesentlichen die gleichen Eigenschaften, beispielsweise bezüglich der Härte und Porösität hat.

Nach der Beschichtung der Kontrollprobe durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Aufbürsten, Aufsprühen oder Eintauchen des Streifens in ein Bad aus Beschichtungsmaterial, läßt man die Kontrollprobe trocknen oder aushärten. Die beschichtete Oberfläche wird dann untersucht, um sicherzustellen, daß die Schicht vollständig geschlossen ist. Die Kontrollprobe wird dann kugelgestrahlt, wobei ein Teil des Beschichtungsmaterials entfernt wird. Die kugelgestrahlte Kontrollprobe wird periodisch von einem Fachmann auf dem Gebiet des Kugelstrahlen geprüft, um zu bestimmen, wann die Kontrollprobe so weit behandelt ist, daß die geforderte Kugelstrahlstruktur der Deckschicht erreicht ist. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird der Grad bzw. das Ausmaß der Deckschicht festgestellt, mittels der Menge der von der Oberfläche durch das Kugelstrahlen entfernten Beschichtung. Um

einen hohen Genauigkeitsgrad bei der Prüfung der Deckschicht, beispielsweise einer 200%-igen Deckschicht sicherzustellen und die Anforderungen der Kunden zu erfüllen, kann die Kontrollprobe unter Vergrößerung geprüft werden. Nach den meisten Spezifikationen ist eine etwa zehnfache Vergrößerung erforderlich.

Die Oberflächen eines kugelzustrahlenden Werkstücks oder Teils werden mit dem gleichen Beschichtungsmaterial beschichtet, das bei der Herstellung der Kontrollprobe verwendet wurde. Nach der Aufbringung des Beschichtungsmaterials wird dieses getrocknet oder ausgehärtet und das Werkstück wird dann geprüft, um sicherzustellen, daß alle kugelzustrahlenden Oberflächen mit dem Beschichtungsmateria! bedeckt sind. Falls das Beschichtungsmaterial ein fluoreszierender Farbstoff ist, erfolgt die Prüfung vorzugsweise bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht.

Anschließend wird das zu behandelnde Werkstück mit vorbestimmter Stärke gemäß der Almen-Skala kugelgestrahlt, worauf das Werkstück im Vergleich zur Kontrollprobe geprüft und so bestimmt wird, ob die angestrebte Deckschicht erreicht ist oder nicht. Wenn die Fluoreszenzstrahlung auf allen Flächen der kugelgestrahlten Oberfläche des Werkstücks mit der von der Kontrollprobe unter ultraviolettem Licht ausgesandten Fluoreszenzstrahlung übereinstimmt, ist das Werkstück

■> mit der geforderten Kugelstrahl-Deckschicht versehen. Wenn die vergleichende Prüfung zeigt, daß bestimmte Flächen der kugelgestrahlten Oberflächen des Werkstücks nicht oder nicht in hinreichendem Maße kugelgestrahlt sind, werden diese Flächen dann der

ι» Kugelstrahlbehandlung unterzogen und eine weitere vergleichende Prüfung wird durchgeführt, um festzustellen, ob die gewünschte Deckschicht erzeugt ist. Es ist ersichtlich, daß durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Prüfung von kugelgestrahlten Oberflä-

r chen von Werkstücken zur Bestimmung des Grades der Verdichtung der kugelgestrahlten Deckschicht geschaffen wird, das in der Praxis oder der Serienfertigung von relativ ungeübten Personen einfach durchzuführen ist. Das Verfahren ist auch geeignet zur Feststellung des Grades einer Kugelstrahlbehandlung auf kompliziert geformten Werkstücken. Außerdem ist es preiswert, genau und zuverlässig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung kugeJgcstrahlter Oberflächen eines Werkstücks zur Bestimmung des Grades der durch das Kugelstrahlen erzielten Verdichtung der Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrollprobe aus einem Material, das dem Material des durch Kugelstrahlen zu behandelnden Werkstücks entspricht, mit einem identifizierbaren Material beschichtet wird; daß die Kontrollprobe so lange kugelgestrahlt wird, bis eine in vorbestimmtem Maß verdichtete Deckschicht erhalten wird, was zu einer Veränderung des Aussehens der aufgebrachten Schicht irr, Bereich der kugelgestrahiten Oberfläche führt; daß die Oberfläche des mit auf dieser Oberfläche mit dem gleichen Material wie die Kontrollprobe beschichteten kugelzustrahlenden Werkstücks kugelgestrahlt wird; und daß das Aussehen der kugelgestrahlten Oberfläche des Werkstücks mit dem Aussehen der Kontrollprobe verglichen wird, wobei gleiches Aussehen der verglichenen Oberflächen zeigt, daß die kugelgestrahlten Oberflächen des Werkstücks das vorbestimmte Maß an Verdichtung der Deckschicht erfahren hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Werkstück vor dem Kugelstrahlen daraufhin geprüft wird, ob die gesamte kugelzustrahlende Oberfläche mit dem identifizierbaren Material beschichtet ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als identifizierbares Material eine einen Farbstoff enthalter.de Flüssigkeit verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als identifizierbares Material eine Flüssigkeit mit einem Farbstoff verwendet wird, der unter Einfluß von Licht lumineszierende Eigenschaft hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbstoff verwendet wird, der bei Bestrahlung mit Fluoreszenz hervorrufender Strahlungsenergie intensiv fluoresziert, und daß die kugelgestrahlte Oberfläche der Kontrollprobe und die kugelgestrahlte Oberfläche des Werkstücks bei Bestrahlung mit Fluoreszenz hervorrufender Strahlungsenergie verglichen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelgestrahke Oberfläche der Kontrollprobe unter Vergrößerung auf den Grad der Verdichtung der kugelgestrahlten Oberfläche geprüft wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine etwa zehnfache Vergrößerung gewählt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu prüfenden Oberflächen der Kontrollprobe und des Werkstücks mit ultra-violettem Licht bestrahlt und verglichen werden, und daß das Werkstück erforderlichenfalls so lange weiter kugelgestrahlt wird, bis alle Bereiche der kugelgestrahiten Oberflächen des Werkstücks gleiches Aussehen wie die Oberfläche der Kontrollprobe zeigen.

9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 8 auf ein Werkstück aus kugelzustrahlendem hartem Stahl.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor dem Kugelstrahlen mit ultra-violettem Licht bestrahlt wird, um festzustellen, ob alle zu behandelnden Oberflächen mit der den fluoreszierenden Farbstoff enthaltenden Flüssigkeit beschichtet sind.