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      Zerstörungsfreie Bestimmung von Härtekennwerten zur Qualitätssicherung von Hochleistungsbauteilen in der Fertigungskette

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      HTM Härtereitechnische Mitteilungen

      Carl Hanser Verlag

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          Kurzfassung

          Im internationalen Wettbewerb der Unternehmen sowie im Trend zur Einsparung von Ressourcen und extremem Leichtbau werden neben einer Fehlerfreiheit zunehmend hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften und Qualität hoch beanspruchter Bauteile gestellt. Diese sind neben einer hohen Dauerfestigkeit des Bauteils eine beanspruchungsorientierte Wärmebehandlung der Randschichten von Funktionsflächen, um den hohen statischen und dynamischen Belastungen durch die Krafteinleitung und Bauteilbeanspruchung zu entsprechen. Übliche Fertigungsverfahren zur Einstellung gradierter Werkstoffeigenschaften bei Stahlwerkstoffen mit vergüteten Randschichten sind das Einsatzhärten, Nitrieren, Randschichthärten etc. In diesem Zusammenhang gewinnt die prozessintegrierte Prüfung zur zerstörungsfreien Bestimmung von Randschichteigenschaften, wie der Randhärte und Einsatzhärtungstiefe, in engen Toleranzbändern im Rahmen der Qualitätssicherung zunehmend an Bedeutung.

          Ein geeignetes Verfahren zur zerstörungsfreien Materialcharakterisierung und Bestimmung von Werkstoffeigenschaften bei ferromagnetischen Bauteilen ist die Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen. Der Messeffekt basiert auf den physikalischen Materialeigenschaften, wie der elektrischen Leitfähigkeit und den magnetischen Eigenschaften, die in direktem Zusammenhang mit den mechanisch-technologischen Werkstoffeigenschaften, wie der Rand- und Kernhärte, stehen. Unter Anwendung der Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen lassen sich die Messeffekte trennen und unter Variation der Prüffrequenz Informationen aus unterschiedlichen Randschichttiefen gewinnen.

          Eine geeignete Methode zur Anpassung und problemorientierten Optimierung einer Prüftechnik an die Prüfaufgabe ist die FEM-Simulation elektromagnetischer Felder, der Wirbelstromverteilung und des magnetischen Potenzials im Prüfkörper und Sensorbereich in Abhängigkeit der Prüfparameter und Werkstoffeigenschaften. Durchgeführt wurden Untersuchungen zur FEM-Simulation der Prüfbedingungen in der Randschicht und im Kernbereich von profilierten sowie dünn- und dickwandigen Bauteilen zur Weiterentwicklung und Optimierung der Prüftechnik. Basierend auf diesen grundlegenden Untersuchungen zur zerstörungsfreien Bestimmung der Randhärte und Einsatzhärtungstiefe wurden bei nitrier-, einsatz- und randschichtgehärteten Bauteilen, wie dünnwandigen Näpfen, Scheiben, Wellen und Naben sowie Zahnrädern und großen Tellerrädern, Härtekennwerte in der Randschicht bestimmt.

          Abstract

          The international competition of companies as well as the trend to save resources and extreme light construction, demands freedom from defects in addition to increasing high standards to material properties and quality of high performance components. These is a high component fatigue strength in addition to a strain oriented edge zone steel refining of functional areas, with the intention to comply to the high static and dynamic loads caused by transmission of force and component stress. Common manufacturing methods for the adjustment of graded material properties in steel materials with steel refined edge zones are the case hardening, nitrogen hardening, edge zone hardening etc. In this context the process integrated testing for a non destructive determination of edge zone properties like edge hardness and hardness penetration depth in narrow tolerance volumes within the framework of quality assurance becomes an increasing importance.

          A convenient method for non destructive material characterisation and determination of material properties at ferromagnetic components is the harmonic-analysis of eddy current signals. The measuring effect is based on the physical material properties like electric conductivity and the magnetic properties which are associated with the mechanical technological material properties like edge and core hardness. By using the harmonic-analysis of eddy current signals measuring effects can be separated and one can get information from different edge zone depths by varying the testing frequency.

          A proper method for adjustment and problem oriented optimisation of a testing technique to the testing requirements is the FEM simulation of electromagnetic fields, eddy current distribution and the magnetic potential in the probe and sensor area dependent on testing parameter and material properties. Examinations in FEM simulation of test conditions in the edge zone and core area of moulded as well as thin and thick walled components were carried out with the intention to further development and optimization of the testing technique. Based on this fundamental researches in non destructive determination of edge hardness and hardness penetration depth hardness values in the edge zone of nitrogen, case, and edge zone hardened components like thin walled cups, discs, shafts, and hubs as well as gear wheels and huge ring gears where determined.

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          Nondestructive electromagnetic testing of hardened layers on surfaces of steel components

           S Anisimov (2000)
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            Die Prozesskette Präzisionsschmieden

             FR Bach (2005)
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              Randzonenhärtung von Vergütungsstahl mit Sprühabschreckung

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                Author and article information

                Journal
                htmd
                HTM Härtereitechnische Mitteilungen
                Carl Hanser Verlag
                0341-101X
                2194-1831
                2007
                : 62
                : 6
                : 265-273
                Author notes

                Dipl.-Ing. Martin Bernard, geb. 1968, studierte Maschinenbau an der RWTH Aachen und der Universität Hannover. Von 1998 bis 2000 war er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Kerntechnik und Zerstörungsfreie Prüfverfahren. Seit 2000 ist er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover tätig. Seit 2003 ist er Leiter der Fachgruppe Elektromagnetische Prüfverfahren.

                Dr.-Ing. Wilfried Reimche, geb. 1949, studierte Maschinenbau an der Ingenieurschule für Maschinenwesen in Kassel und der Universität Hannover. Er promovierte 1985. Von 1976 bis 1985 war er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter, von 1986 bis 2000 als Akademischer Direktor am Institut für Kerntechnik und Zerstörungsfreie Prüfverfahren der Universität Hannover tätig. Seit 2000 ist er Leiter des Bereiches Zerstörungsfreie Prüfverfahren am Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover.

                Prof. Dr.-Ing. Friedrich-Wilhelm Bach, geb. 1944, studierte Maschinenbau an der Universität Hannover. Er promovierte 1978 und habilitierte sich 1983 im Fachgebiet Werkstofftechnologie. Von 1997 bis 2001 war er Inhaber des Lehrstuhls für Werkstofftechnologie der Universität Dortmund. Seit 2001 ist er Direktor des Institutes für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover.

                Article
                HT100436
                10.3139/105.100436
                © 2007, Carl Hanser Verlag, München
                Page count
                References: 10, Pages: 9
                Product
                Self URI (journal page): http://www.hanser-elibrary.com/loi/htme
                Categories
                Fachbeiträge/Technical Contributions

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