DE900280C - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Tiefe der Haerteschicht von im Einsatzverahren gehaerteten Stahlteilen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Tiefe der Haerteschicht von im Einsatzverahren gehaerteten Stahlteilen

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DE900280C
DE900280C DEJ2566D DEJ0002566D DE900280C DE 900280 C DE900280 C DE 900280C DE J2566 D DEJ2566 D DE J2566D DE J0002566 D DEJ0002566 D DE J0002566D DE 900280 C DE900280 C DE 900280C
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DEJ2566D
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Inventor
Wilhelm Zeilinger
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Airbus Defence and Space GmbH
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Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40Investigating hardness or rebound hardness
    • G01N3/42Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
    • G01N3/46Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid the indentors performing a scratching movement

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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Tiefe der Härtesdiidit von im Einsatzverfahren gehärteten Stahlteilen Im Einsatzverfahren gehärtete Stähle finden im Maschinenbau und insbesondere Präzisionsmaschinenbau umfangreiche Anwendung als Werkstoffe, hauptsächlich für solche Teile, die besonders gute mechanisch-technische Eigenschaften, wie z. B. große Härte, hohe Belastbarkeit, gute Verschleißfestigkeit aufweisen müssen. Das Einsativerfahren besteht bekanntlich in einer Warmbehandlung der betreffenden Stähle oder Stahlteile unter gleichzeitiger Anwendung eines kohlenstoffab gebenden Mittels, wobei Kohlenstoff von außen her in den Stahl eindringt, der Stahl also oberflächlich mit Kohlenstoff angereichert wird. Aus Gründen verschiedener Art wird die Kohlenstoftanreicherung des Stahles aber nicht so weit getrieben, daß im gesamten Querscbmtt des Bauteiles der Kohlenstoffgehalt gleichmäßig erhöht wird. Nach der Einsatzhärtung befindet sich vielmehr in der Mitte des Werkstückes eine Zone, die auch nach der Einsatzbehandlung den gleichen Kohlenstoffgehalt aufweist wie vorher. Diese Kernzone wurde also von der Kohienstoffanreicherung nicht erfaßt und in ihren mechanisch-technischen Eigenschaften nicht geändert. An diese Kernzone anschließend folgt dann eine Zone, in welcher der Kohlenstoffgehalt nach außen hin ansteigt, und zwar vom Kohlen- stoffgehalt- der Kernzone an bis zu einer bestimmten oberen Grenze, während in der anschließenden Randzone der Kohlenstoffgehalt sich auf der erwähnten oberen Grenze konstant hält.
  • Denjenigen Teil des Querschnittes, in welchem ein Ansteigen des Kohlenstoffgehaltes festgestellt werden kann, bezeichnet man in der Praxis mit Übergangszone, während die Randzone mit gleichbleibendem hohem Kohlenstoffgehalt als harte Zone bezeichnet wird. Sie ist es, auf die es dem Konstruktur sdes betreffenden Bauteiles in erster Linie ankommt, und der Konstrukteur schreibt auch die Stärke der harten Zone als Einsatztiefe vor. Aufgabe des Wer&stoff-, insibesondere des Härtere'im fachmannes ist es nun, bei den von ihm im Einsatzverfahren zu behandelnden Bauteilen die vom Konstrukteur vorgeschriebene Dicke oder Tiefe der harten Zone (Einsatztiefe) möglichst genau einzuhalten. Da die Einsatztiefe nicht nur abhängig ist von der Einsatztemperatur und der Einsatzzeit, sondern auch von verschiedenen anderen, nicht ohne weiteres zu erfassenden Einflüssen, wie z. B. Form und Größe der Einsatzkästen und Beschaffenheit des Einsatzmittels, ist es erforderlich, daß wãhrend der Herstellung eine laufende Kontrolle der Bauteile in bezug auf ihre Einsatztiefe vorgenommen wird.
  • Diese Kontrolle hat man bisher im allgemeinen so durchgeführt, daß man eines der eingesetizten Stücke oder einen besonderen miteingesetzten Probestab aus gleichem Werkstoff nach einer bestimmten Einsatzzeit herausgenommen, gehärtet und durchgebrochen hat, um dann anschließend mit der Meßlupe am Aussehen des Bruchgefüges die Einsatztiefe festzustellen. Dieses Verfahren ist aber außerordentlich roh und setzt schon gewisse metallkundliche Kenntnis, insbesondere hinsichtlich des Aussehens des Bruchgefüges voraus, so daß es schon aus diesem Grunde von den mit dem Härten beauftragten Arbeitskräften nicht so ohne weiteres und mit Anspruch auf Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann. Bei manchen Werkstoffen ist dieses Verfahren überhaupt nicht anwendbar, da Unterschiede im Bruchgefüge zwischen der harten Zone und der Übergangszone kaum vorhanden oder nicht ohne weiteres erkennbar -sind. In jedem Falle aber ergab dieses Meßverfahren, wenn es von verschiedenen Arbeitskräften durchgeführt wurde, so unterschiedliche Meßergebnisse, daß man sich bei ihm auch nicht mit einiger ,Sicherbeit auf die Richtigkeit der Meßwerte verlassen konnte.
  • Es gibt zwar Verfahren, ,durch, welche man mit verhältnismäßig hoher Genauigkeit die Einsatztiefe bestimmen kann. Eines dieser Verfahren besteht ,darin, daß man einen zylindrischen Probestab herstellt und von ihm nacheinander, d. h. in einzelnen Schichten, dünne Späne abdreht, die Späne jeder Schicht einer Analyse unterzieht und aus dem dabei festgestellten Kohlenstoffgehalt unter Zuhilfenahm von Kurven, welche die Abhängigkeit der Härte von,dem Kohlenstoffgehalt darstellen, auf die Härte schließt. ;Dieses Verfahren ist aber so umständlich und zeitraubend, daß es für eine laufende Untersuchung im Rahmen einer bietriebsmäßigen Fertigung nicht anwendbar ist.
  • Ein weiteres Verfahren besteht Idarin, ,daß man von einem zylinrdrischen Probestab einen schrägen Schliff herstellt, d. h. daß man den Zylinder so anschleift, daß die Schliffebene in einem spitzen Winkel zur Zylinderachse hin geneigt ist. In dieser Schliffebene nimmt man dann in geringen Abständen entlang der Symmetrielinie Härtemessungen mit einem der bekannten Härteprüfgeräte vor.
  • Auch dieses Verfahren erfordert, wenn es Anspruch auf Zuverlässigkeit des Ergebnisses erheben will, einen großen Aufwand an Arbeit und Zeit, und es ist daher ebenfalls für die laufende Überwachung im Rahmen einer betriebsmäßigen Fertigung nicht anwendbar.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zu schaffen, durch welches auf einfachem Wege und in kürzester Zeit auch durch nicht besonders geschulte Arbeitskräfte mit großer Zuverlässigkeit der tatsächliche Wert der Einsatztiefe festgestellt werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß man von dem zu untersuchenden Bauteil oder einem Probestab einen Querschl'iff herstellt und über diesen eine mit gleich bleibender Belastung gegen ihn .driickendle harte Spitze, vorzugsweise einen Diamanten oder ein Hartzmetallwerkzeug, das z. B. als Hartmetallspitze, als Drehmeißel ,oder winklig geschliffene Hartmetallrolle ausgebildet sein kann, hinwegführt und dann an der entstandenen Riitz- oder Eindruckform unter Anwendung einer geeigneten optischen Vergrößerung die Einsatztiefe mißt. Die Anritzung oder Eindrückung Ider Schliiffläche, welche im übrigen keinen besonders hohen Feinheitsgrad aufweisen muß und die beispielsweise unter Anwendung eines gewöhnlichen Schleifsteines hergestellt werden kann, erfolgt zweckmäßig von der Mitte des Querschnittes ausgehend nach außen, so daß zuerst eine Anritzung oder Eindrückung der weicheren Kernzone, dann ruder Übergangszone und schließlich der harten Randzone erfolgt. Da die Hartspitze oder Rolle mit praktisch gleichlbleibender Belastung über die Schlifffläche hinweggeführt wird, ergibt sich eine Ritz- oder Eindruckform, wie in Fig. I in Draufsicht dargestellt. Man erkennt in dieser Figur, daß die Ritz- oder Eindruckform aus drei voneinander deutlich zu unterscheidenden Teilen besteht, nämlich einem der inneren weichen Kernzone K entsprechenden Teil I von gleichbleibender, verhältnismäßig großer Breite, einem der Übergangszone Ü angehörenden Teil 2, der sich entsprechend der von innen nach außen zunehmenden Härte dieser Zone nach außen verjüngt und einem dritten Teil 3, welcher der harten Randzone R entspricht und infolge der großen gleichbleibenden Härte dieser Zone nur eine geringe und gleichbleibende'Breite aufweist. Genau !die gleichen Verhältnisse liegen vor in bezug auf die Tiefe des Ritzes oder Eindruckes. Die diesbezüglichen Verhältnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Man erkennt in ihr, daß der der weichen Kernzone angehörende Teil I des Ritzes oder Eindruckes die größte Tiefe, der nach außen anschließende, der Übergangszone angehörende Teil 2 eine mit nach außen steigendem Kohlenstoffgehalt und damit steigender Härte allmählich abnehmende Tiefe und schließlich der der harten Randzone angehörende Teil 3 eine geringe gleichbleibende Tiefe aufweist.
  • Bei dem Verfahren nach der Erfindung kann ohne weiteres Idie Länge desjenigen Teiles eines von innen nach außen über eine Querschnittsfläche des Werkstückes geführten Ritzes oder Eindruckes bestimmt werden, die der harten Randzone angehört (Teil 3 in Fig. I und 2). Ferner ist es möglich, das Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung der Diffusionsfähigkeit eines Werkstoffes auf Grund des schroffen oder langgestreckten Verlaufs der tM)ergangszon,e (Teil 2 in Fig. 1 und 2) zu verwenden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, an Stelle der einen als Ritz- oder Druckwerkzeug dienenden Hartspitze oder Rolle ein mit zwei Spitzen oder Rollen verschiedener Höhenlage versehenes Werkzeug zu verwenden.
  • Dabei wird das mit der höheren Spitze versehene Ritzwerkzeug (Diamant, Hartmetall) in die weiche Kernzone des zu prüfenden Werkstückes tiefer eindringen als in Idie harte Randzone, und somit muß die zweite, weniger hohe Spitze -des Werkzeuges der Last entsprechend in der weichen Kernzone nur einen weniger breiten und weniger tiefen Ritz erzeugen. Da die Härte des Werkstoffes in der Übergangszone nach außen zu ansteigt, werden die beiden Ritze, wie schon beschrieben, immer weniger tief. Zweckmäßigerweise wählt man nun den Höhenunterschied der beiden Hartspitzen so, daß der Ritz der zweiten Hartspitze dort endet, wo die harte Randzone beginnt. Das gleiche gilt sinngemäß für ein mit zwei Rollen versehenes Druckwerkzeug.
  • Bei dieser Durchführung des Verfahrens wild die Einsatztiefe festgestellt durch Messen des Abstandes des Ritz- bzw. Eindruckendes vom Umfang des Prüfkörpers.
  • In der weiteren Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung indes beschriebenen Verfahrens. Sie besteht im wesentlichen aus einer Einspannvorrichtung für den Probiekörper und einem Träger für das Ritz- oder Druclcwerkzeug (Diamant, Hartstahlspitze oder Rolle) der in einer Führung parallel zur Schlifffläche des Probekörpers verschieblich sitzt und mit einer Vorrichtung zur wählbaren Einstellung der Belastung, mit welcher das Ritzwerkzeug auf die Prüffläche drückt, versehen ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung ist in der Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.
  • Sie besteht wesentlich aus einem festen Grundkörper 10 und dem relativ zu diesem verschiebbaren Träger II des Ritzwerkzeuges. Am Grundkörper 10 ist eine schwallbenschwanzartige Führung I2 vorgesehen, in die der Ritzwerkzeugträger II mit einer entsprechenden Ausnehmung eingreift.
  • Der Werkzeugträger ii weist einen mittels eines Gelenkes 15 an ihm schwenkbar angeordneten Teil I6 auf, an dem das Ritzwerkzeug 13 (Diamant, Hartstahlspitze) mittels einer Klemmschraube 14 befestigt ist. Die Anpreßkraft des Ritzwerkzeuges I3 auf jeder Oberfläche des Prüflings 20 kann eingestellt und regelbar verändert werden mit Hilfe einer im Ritzwerkzeugträger 11 eingreifenden Stellschraube I7, gegen sdie sich das eine Ende einer Belastungsfeder I8 abstützt, während deren anderes Ende auf dem schwenkbaren TeilIG ruht. Die Festlegung des Prüflings 20 im Grundkörper IO erfolgt mit Hilfe einer Klemmbacke 2I, die durch eine in einem Ansatz 22 des Grundkörpers IO angeordnete Feststellschraube 23 festgezogen werden kann. Der Ritzwerkzeugträger II kann gegenüber dem Grundkörper IO parallel zur Schlifffläche des Prüflings 20 mit Hilfe der Führung 12 verschoben werden. Zur Durchführung dieser Bewegung ist an einem Auge 25 des Grundkörpers IO ein Hebel 26 angelenkt, der mit einem Langloch 27 einen Mitnehmerbolzen 28 in einem Auge 29 des Ritzwerkzeugträgers I I erfaßt.
  • Eine Vorrichtung der beschriebenen Art kann unmittelbar mit einer Einrichtung zum Ablesen der Einsatztiefe, z. B. einer Ableslupe ausgerüstet sein.
  • Es kann auch an ein solches Gerät eine Einrichtung zum Registrieren der bei jedem Meßvorgang festgestellten Einsatztiefe angebaut sein.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Bestimmung der Tiefe der Härteschicht von im Einsatzverfahren gehärteten Stahlteilen, dadurch gekennzeichnet, daß man an dem Prüfling eine über sämtliche Härtezonen reichende Schlifffläche herstellt und über diese ein mit gleichbleibenlder Belastung gegen die Fläche drückendes Ritz- oder Druckwerkzeug, vorzugsweise einen Diamanten, eine Hartmetall spitze oder eine Hartmetalldruckrolle hinwegführt und an der entstandenen Ritz- oder Eindruckform unter Anwendung optischer Vergrößerungsmittel die Einsatztiefe mißt.
  2. 21 Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I zur Bestimmung der Diffusionsfähigkeit eines Werkstoffes, wobei der Grad der Konizität des der Übergangszone entsprechenden Teils des Ritzes oder Eindruckes ein Maß für die Diffusionsfähigkeit bildet.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2 gekennzeichnet durch eine feststehende Einspannvorrichtung (Io, 2I, 23) für den Prüfling (20) und einen Träger (11) für das Ritz- oder Druckwerkzeug (I3), der in einer in bezug auf die Einspannvorrichtung (IO, 2I, 23) feststehenden Führung (I2) parallel zur Schlifffläche des Prüflings (20) verschieblich angeordnet und mit einer Vorrichtung (I7, I8) zur wählbaren Einstellung der Belastung, mit welcher das Werkzeug (I3) auf die Prüflingsfläche drückt, versehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzwerkzeug zwei Hart- spitzen od. dgl. aufweist, die in verschiedenen Höhenlagen angeordnet sind, so daß die eine weiter vorstehende Spitze des Ritzwerkzeuges unter der Belastung tiefer in den Prüfling eindringt als die zweite, weniger weit vorstehende Spitze Ides Ritzwerkzeuges.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Höhenunterschied wider beiden Hartspitzen od. dgl. des Ritzwerkzeuges so bemessen ist, daß der durch die weniger weit vorstehende Spitze erzeugte Ritz an der Grenze zwischen Übergangszone und harter Zone sdes Prüflings endet.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer angebauten Ableseinrichtung, z. B. einer Meßlupe, versehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ,gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung zum Registrieren der bei jedem Meßvorgang festgestellten Einsatztiefe ausgerüstet ist.
DEJ2566D 1943-05-26 1943-05-26 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Tiefe der Haerteschicht von im Einsatzverahren gehaerteten Stahlteilen Expired DE900280C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961241C (de) * 1952-07-22 1957-04-04 Lohmann & Stolterfoht A G Ausrueckbare Kupplung fuer Schiffsantriebe mit einer Einrichtung zur Daempfung von Drehschwingungen
DE19502936A1 (de) * 1995-01-31 1996-08-01 Horst Toberer Härtemeßverfahren

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE961241C (de) * 1952-07-22 1957-04-04 Lohmann & Stolterfoht A G Ausrueckbare Kupplung fuer Schiffsantriebe mit einer Einrichtung zur Daempfung von Drehschwingungen
DE19502936A1 (de) * 1995-01-31 1996-08-01 Horst Toberer Härtemeßverfahren
DE19502936C2 (de) * 1995-01-31 1998-04-09 Horst Toberer Härtemeßverfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Härte eines Prüfkörpers

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