Distortion measurements of cylindrical 20MnCr5 discs during quenching in oil∗

Abstract

This paper presents an ultrasonic method to measure the movement of workpiece surfaces during quenching processes in liquids in order to estimate the time-dependent in-process distortion of the workpiece. The movement is determined by the time-of-flight of the ultrasonic signals from the transducer to the surface and back again (impuls-echo-method). As the simulation of quenching processes depends on several assumptions of the model parameters and almost no experimental intermediate geometry data for quenching processes exist, the in-process-measurements of the surface movement can be used to improve the simulation models and also to extend the knowledge about model parameters. The paper shows an analysis of the ultrasonic data for measurements on cylindrical discs of 20MnCr5 steel and compares the ultrasonic in-process results with simulated data. Additionally, coordinate measurements carried out before and after the heat treatment are presented as a reference and the uncertainty of the ultrasonic measurements is discussed.

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird eine Ultraschall-Methode vorgestellt, mit der sich die Bewegungen von Bauteiloberflächen während des Abschreckprozesses erfassen lassen, woraus der zeitliche Verzugsverlauf eines Bauteils ermittelt werden kann. Die Oberflächenbewegung wird über Laufzeitmessungen von Ultraschall-Signalen zwischen Transducern und der Bauteiloberfläche (Impuls-Echo-Methode) errechnet. Bei der Simulation von Härteprozessen sind verschiedene Annahmen über Modellparameter erforderlich, da kaum In-Prozess-Messdaten für die abgeschreckten Bauteile zur Verfügung stehen. Daher können die In-Prozess-Messungen der Oberflächenbewegung dazu dienen, die Simulationsmodelle zu verbessern sowie die Kenntnisse über die erforderlichen Modellparameter zu erweitern. Der Beitrag stellt eine Analyse der Ultraschall-Messdaten an zylindrischen Scheiben aus dem Stahl 20MnCr5 vor und vergleicht die Ultraschall-In-Prozess-Ergebnisse mit simulierten Werten. Außerdem werden Referenzmessungen mit einem Koordinatenmessgerät vor und nach der Wärmebehandlung dargestellt und die Unsicherheit der Ultraschall-Messungen diskutiert.