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TRANSCRIPT
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DETEKTION VON RANDENTKOHLUNG IN GEHÄUSETEILEN EINES DIESELEINSPRITZ SYSTEMS MITTELS 3MA-MAGNETIK-ANALYSE
MAGNETICS-BASED DETECTION OF SURFACE DECARBURIZATION IN CASE PARTS OF A DIESEL INJECTION SYSTEM USING 3MA
1 Hcm für sechs Bauteile mit angenommenem Gut- und
sechs Bauteile mit angenommenem Schlecht- Zustand.
Die Überprüfung von Bauteil 1 bestätigt den Gut-Zu-
stand (Bauteil 5 wegen Riss nicht prüfbar). /
Hcm for six parts supposed to be good and six parts
supposed to be bad. Reference test for the part 1
confirmedtobegood(part5duetoacracknottestable).
Stichworte / Keywords
3MA, Materialcharakterisierung, Mikromagnetik, Randent
kohlung
3MA, materials characterization, micromagnetics, surface
decarburization
Ausgangssituation
Zur Erzielung der gewünschten Werkstoffeigenschaften
werden Gehäuseteile von Dieseleinspritzsystemen aus 100 Cr6
bainitisiert. Hierdurch wird die Oberflächenhärte und somit die
Verschleißfestigkeit der Bauteile erhöht. Aufgrund von Fehlern
bei der Wärmebehandlung kann jedoch eine Randentkohlung
auftreten, was zu einer Reduzierung der Oberflächenhärte
und einer Veränderung des Eigenspannungszustandes führen
kann. Die hierdurch bedingte Verschlechterung der Bauteil
qualität kann zum Versagen des Bauteils führen.
Aufgabenstellung
Es sollte eine zerstörungsfreie Prüfmethode gefunden werden,
die es zukünftig erlaubt, die Wärmebehandlung möglichst
schon im Fertigungsprozess zu überwachen. Damit sollen
Gehäuseteile mit einem entsprechenden Fehlerbild vor der
Montage ausselektiert und ein fehlerhafter Wärmebehand
lungsprozess rechtzeitig erkannt und korrigiert werden kön
nen. Die Prüfmethode sollte zudem eine chargenunabhängige
Bewertung der Bauteile ermöglichen.
Durchführung
Mit Hilfe der 3MAMethode (3MA = Mikromagnetische,
multiparametrische Mikrostruktur und SpannungsAnalyse)
wurden am Fraunhofer IZFP erste Voruntersuchungen durch
geführt. Der Auftraggeber stellte hierfür 13 Bauteile zur Ver
fügung, wobei von sechs Bauteilen angenommen wurde, dass
eine Randentkohlung stattgefunden hat. Von den übrigen
Bauteilen wurde angenommen, dass die Wärmebehandlung in
Ordnung ist.
Um eine reproduzierbare Messung zu gewährleisten, wurde
eine SensorProbenhalterung eingesetzt. An allen 13 Bauteilen
wurden sämtliche 3MAPrüfgrößen ermittelt und ausgewertet.
Nach erfolgreichem Abschluss der Voruntersuchungen wurde
das 3MAPrüfsystem mit eingerichteter Schwellenbewertung
zur Separierung von Gut und Schlechtteilen für weitere
Validierungsmessungen dem Industriekunden übergeben.
Hierbei wurden zehn Wärmebehandlungschargen (insgesamt
57www.izfp.fraunhofer.de | Jahresbericht 2011
ca. 600 Bauteile) mit dem 3MA-Prüfsystem gemessen. Als
Referenz zur 3MA-Methode wurden stichprobenartig Oberflä
chenhärte, Eigenspannungsmessungen und spektroskopische
C-Gehaltsbestimmungen durchgeführt.
Ergebnisse
Ergebnisse der Voruntersuchungen am Fraunhofer IZFP
Mehrere Prüfgrößen der 13 untersuchten Bauteile zeigten
eine deutliche Trennung in zwei Gruppen. Abbildung 1 zeigt
hierzu beispielhaft die Prüfgröße Hcm (Koerzitivfeldstärke,
abgeleitet aus dem magnetischen Barkhausenrauschen). Man
erkennt, dass alle als gut angenommenen Bauteile HcmWerte
im Bereich von 23,5 A/cm bis 27 A/cm aufweisen. Für die als
schlecht angenommenen Bauteile Nr. 8 bis 12 ergaben sich
deutlich niedrigere HcmWerte im Bereich von 19 A/cm bis
20,5 A/cm. Auffällig ist, dass das als schlecht angenommene
Bauteil Nr. 1 mit Hcm von 25 A/cm genau im Wertebereich der
guten Bauteile liegt. Eine Überprüfung dieses Bauteiles mittels
spektroskopischer C-Gehaltsbestimmung an genau der mit
3MA gemessenen Position ergab, dass hier tatsächlich keine
Randentkohlung stattgefunden hat. Somit hat sich die mittels
3MA gemessene Zuordnung bestätigt.
Ergebnisse der Validierungsmessungen des Industriekunden
Bei der Untersuchung von ca. 600 Serienbauteilen aus 10
Wärmebehandlungschargen konnten die Bewertungen der
vom Kunden selbst durchgeführten 3MAMessungen durch
stichprobenartige Referenzmessungen bestätigt werden. Ab
bildung 2 zeigt beispielhaft die Prüfgröße Hcm für neun gute
und neun schlechte Serienbauteile sowie deren C-Gehalte.
Man erkennt eine deutliche Trennung der Gut und Schlecht
teile. Die C-Gehalte der mit 3MA als gut bewerteten Bauteile
(Hcm > 23 A/cm) liegen alle im Bereich von 0,91 Prozent bis
0,97 Prozent. Bei den Schlecht-Teilen mit kleineren Hcm-
Werten ist der C-Gehalt mit Werten zwischen 0,39 Prozent
und 0,49 Prozent aufgrund der Randentkohlung deutlich
reduziert. Zurzeit werden pro Wärmebehandlungscharge
(57 Stück) neun Teile mittels 3MA überprüft. Die Prüfdauer für
ein Bauteil beträgt wenige Sekunden.
Industriepartner
Aus Vertraulichkeit nicht genannt, Inhalt jedoch mit diesem
abgestimmt.
Ansprechpartner / Contact
Dr.Ing. Iris Altpeter
+49 681 9302 3827
Dipl.Ing. (FH) Melanie Kopp
+49 681 9302 3841
2 Hcm für neun Gut- und neun Schlechtteile
sowie die zugehörigen C-Gehalte /
Hcm for nine good and nine bad parts as well
as the corresponding values for the C-content