Härteprüfung 10. Oktober Härtereikolloquium Wiesbaden
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- Klaudia Berger
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1 Härteprüfung 10. Oktober Härtereikolloquium Wiesbaden Arnold Horsch Inhalt Wer bin ich Einsatz der verschiedenen Werkstoffprüfverfahren Die Werkstoffprüfmethoden Die Härteprüfung Historie und Verfahren Messunsicherheit Fehlermöglichkeiten Umwertung von Härtewerten Richtige Zeichnungsangaben - 2-1
2 Wer bin ich? Alter 48 Jahre Seit 1973 = 34 Jahre in der Werkstoffprüfung Ausbildung als Werkstoffprüfer Härterei- und Werkstofftechniker Seit 1986 in der Entwicklung von Härteprüfsystemen Seit 2002 selbständig Schwerpunkt Härteprüfung und Wärmebehandlungsüberwachung Warum Werkstoffprüfung? Qualitätssicherung Untersuchung verschiedener Gefügezustände Werkstofffeststellung Feststellung der Einsatzfähigkeit Schadensfallermittlung Prüfung der mechanischen Eigenschaften - 4-2
3 Mögliche Prüfmethoden der Wärmebehandlung Hauptprüfmethode X erweiterte Prüfungen Wärmebehandlungsverfahren Glühverfahren Normglühen Weichglühen Spannungsarmglühen Rekristallisationsglühen Grobkornglühen Diffusionsglühen Lösungsglühen Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Metallographische Gefügeuntersuchungen Rockwell HR-A-B-C-F-N-T u.a. Brinell HB Vickers - HV Wirbelstromprüfung Schichtdickenmessung Härtetiefe n. DIN Teil 1 Härtetiefe n. DIN Teil 2 Härtetiefe n. DIN Teil 3 Härtetiefe n. DIN Teil 4 Entkohlungstiefenmessung n. DIN X X X X X X Korngrößenbestimmung n. DIN X X X X X X Röntgeneigenspannungsuntersuchung X Verschleißprüfungen n. DIN / 21 / 22 Dauerschwing-Biegewechselfestigkeit Mögliche Prüfmethoden der Wärmebehandlung Hauptprüfmethode X erweiterte Prüfungen Wärmebehandlungsverfahren Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Metallographische Gefügeuntersuchungen Rockwell HR-A-B-C-F-N-T u.a. Brinell HB Vickers - HV Wirbelstromprüfung Schichtdickenmessung Härtetiefe n. DIN Teil 1 Härtetiefe n. DIN Teil 2 Härtetiefe n. DIN Teil 3 Härtetiefe n. DIN Teil 4 Entkohlungstiefenmessung n. DIN Korngrößenbestimmung n. DIN Röntgeneigenspannungsuntersuchung Verschleißprüfungen n. DIN / 21 / 22 Dauerschwing-Biegewechselfestigkeit Härteverfahren Härten Vergüten Randschichthärten Laserstrahlhärten Zwischenstufenvergüten X X X X x X X X X X X X X X - 6-3
4 Mögliche Prüfmethoden der Wärmebehandlung Hauptprüfmethode X erweiterte Prüfungen Wärmebehandlungsverfahren Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Metallographische Gefügeuntersuchungen Rockwell HR-A-B-C-F-N-T u.a. Brinell HB Vickers - HV Wirbelstromprüfung Schichtdickenmessung Härtetiefe n. DIN Teil 1 Härtetiefe n. DIN Teil 2 Härtetiefe n. DIN Teil 3 Härtetiefe n. DIN Teil 4 Entkohlungstiefenmessung n. DIN Korngrößenbestimmung n. DIN Röntgeneigenspannungsuntersuchung Verschleißprüfungen n. DIN / 21 / 22 Dauerschwing-Biegewechselfestigkeit Beschichtungsverfahren TIC X X TICN X X CrN X X Mögliche Prüfmethoden der Wärmebehandlung Hauptprüfmethode X erweiterte Prüfungen Wärmebehandlungsverfahren Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch Metallographische Gefügeuntersuchungen Rockwell HR-A-B-C-F-N-T u.a. Brinell HB Vickers - HV Wirbelstromprüfung Schichtdickenmessung Härtetiefe n. DIN Teil 1 Härtetiefe n. DIN Teil 2 Härtetiefe n. DIN Teil 3 Härtetiefe n. DIN Teil 4 Entkohlungstiefenmessung n. DIN Korngrößenbestimmung n. DIN Röntgeneigenspannungsuntersuchung Verschleißprüfungen n. DIN / 21 / 22 Dauerschwing-Biegewechselfestigkeit Diffusionsverfahren Aufkohlen Einsatzhärten Carbonitrieren Nitrieren X X X X X X X X X - 8-4
5 andere 1% Verteilung der angewandten Prüfmethoden Zugversuche < 3% Metallographie 5% ZFP < 1% Härteprüfung >90% Prüfung wärmebehandelter Bauteile Zerstörungsfreie Prüfungen Wirbelstromprüfungen Röntgenuntersuchungen Zerstörende Prüfungen Quasi Zerstörungsfreie Prüfungen Zugversuch Kerbschlagbiegeversuch metallografische Gefügeuntersuchung Härteprüfung portable metallografische Gefügeuntersuchung Härteprüfung
6 Die Härteprüfung Eine Methode zur Härteprüfung
7 Was ist Härte? Härte ist der Widerstand eines Körpers, den er dem Eindringen eines anderen, aber Härterem entgegensetzt Warum Härteprüfung? Zweck der Härteprüfung ist es, vergleichbare Kennzahlen des Verformungswiderstandes der Oberfläche eines Werkstoffes zu ermitteln, die jedoch nicht die Bedeutung einer Werkstoffkennzahl haben. Obwohl die Härte eines Werkstoffes keine eindeutige Stoffeigenschaft ist, kann sie als Vergleichswert sehr vielseitig angewandt und ausgelegt werden. Die Härteprüfung stellt den relativ sicheren Versuch dar, verschiedene Werkstoffzustände mittels einer Kennzahl zu beschreiben. Es gibt jedoch verschiedene Werkstoffzustände die den gleichen Härtewert aufweisen können. Dies kann in den unterschiedlichen Gefügestrukturen nach einer Wärmebehandlung begründet sein. Die wichtigste Frage ist!!! Was soll mit dem Härtewert passieren und wofür wurde er ermittelt?
8 H i s t o r i e Jahr Wer Verfahren Besonderheit 1640 Babra Ritzen von Edelsteinen mit der Feile 1722 Reamur Ritzen von Stahl mit Mineralien 1811 Mohs Ritzhärte Ritzhärteverfahren von Edelsteinen 1882 TH Prag Ritzhärte 18-stufig für Stahl 1889 Martens Ritzhärteverfahren 1900 Brinell Brinellhärteverfahren Reproduzierbare Messungen bis ca. 400HB 1925 Smith + Sandland Vickershärteprüfverfahren Erstmals die Messung sehr harter Teile ohne Beeinflussung durch den Prüfkörper 1931 Rockwell Rockwellhärteprüfverfahren Idee stammt von Ludwik Das Rockwell-Verfahren Verfahren Norm Prüfart Prüflasten Eindringkörper HR Härte Rockwell A, B, C, F, N, T und weitere DIN EN ISO 6508 Makrohärte Vorlast 3 oder 10 kgf kgf kgf Diamantkegel 120 Hartmetallkugeln Ø 1/16 ½ Zoll Die Prüfvorkraft Fo ist konstant: kgf Die Prüfgesamtkräfte F (Prüfvorkraft Fo + Prüfzusatzkraft F1) sind: kgf Die Messeinheit bei Normal-Rockwell entspricht 0,002 (0,001) mm Eindringtiefe
9 Das Rockwell-Verfahren Beispiel HRC Mit einem Diamantkörper und der Eindringtiefe von 0,082 mm erhält man 100 0,082/0,002 = 59 Rockwell C Beispiel HRB Mit derselben Eindringtiefe, aber mit einem Kugeleindringkörper würde man 130 0,082/0,002 = 89 Rockwell B erhalten Bezeichnung Rockwell 55 HRC 70 HR 30T W
10 Das Brinell -Verfahren Verfahren Norm Prüfart Prüflasten Eindringkörper HB Härte Brinell DIN EN ISO 6506 Makrohärte kgf Hartmetallkugeln Ø 1-2,5-5-10mm Die Brinellhärte (HBW) wird durch das Verhältnis von aufgebrachter Prüfgesamtkraft zur Oberfläche der Kugelkalotte bestimmt. Es gilt die Formel: Wobei F die Prüfkraft in N, D den Durchmesser des Kugeleindringkörpers in mm und d den Durchmesser des Eindrucks in mm bezeichnet Bezeichnung Brinell 450 HBW 5/750 (10-15 s) 450 HBW 5/750/
11 Verfahren Norm Prüfart Prüflasten Eindringkörper HV Härte Vickers DIN EN ISO 6507 Mikro- Kleinlast- Makrohärte 0,01-0,025-0,05-0,1-0,2-0,3-0, kgf und kleinere Diamantpyramide 136 Wie bei der Brinellzahl ist die Vickershärtezahl HV durch das Verhältnis zwischen aufgebrachter Prüfgesamtkraft und der Oberfläche des Eindrucks gegeben. Die Berechnung der Vickershärte erfolgt nach der folgenden Formel, wobei d den Mittelwert der Längen der Eindruck-Diagonalen (Genauigkeit: +/- 0,0002mm) angibt Bezeichnung Vickers 450 HV 30 (10-15 s) 450 HV 30/
12 Vergleich der verschiedenen Härteskalen ungehärteter Stahl gehärteter Stahl Hartmetalle NE Metalle Nitrierschicht Diamant HB HRF HRB HRC HRA Vickershärte Apatit 1 Speck- Stein 4 Flußspat 6 Feldspat 7 Quarz Mohshärte Minerale 8 Topas 9 Korund 10 Diamant Genormte Prüfverfahren Verfahren Norm Prüfart Prüflasten kgf HV Härte Vickers HB Härte Brinell ISO 6507 ISO 6506 Mikro Kleinlast Makrohärte 0, und kleinere Eindringkörper Diamantpyramide 136 Makrohärte Hartmetallkugeln Ø 1-2, mm HR Härte Rockwell A, B, C, F, N, T und weitere ISO 6508 Makrohärte Vorlast 3 oder 10 Diamantkegel 120 Hartmetallkugeln Ø 1/16 ½ Zoll
13 Einsatz der genormten Prüfverfahren Verfahren Unterverfahren Prüfung von Mikro Gefügebestandteilen, Beschichtungen usw. HV Härte Vickers HB Härte Brinell HR Härte Rockwell A, B, C, F, N, T und weitere Kleinlast Makro Makro HRC HRB Superrockwell N Härteverläufe zur Eht, Nht, Rht Prüfung DIN 50190, Oberflächenhärteprüfung, Prüfung kleiner Teile Prüfung sehr harter Bauteile >400 HV, Oberflächenhärteprüfung Prüfung von Glühungen, Vergütungen usw. Einsatz bis 500 HB Prüfung gehärteter Teile >35 HRC Prüfung von Glühungen, Vergütungen Oberflächenhärteprüfungen, Einsatzgehärteter und Prüfung kleiner Teile Universalhärteprüfmaschinen Universalhärteprüfmaschine kgf HV HB - HR Universalhärteprüfmaschine kgf HV HB - HR
14 Rockwellhärteprüfmaschinen Rockwellhärteprüfmaschine kgf HRC HRA HRB usw. Digitale Rockwellhärteprüfmaschine kgf HRC HRA HRB usw Mikro- Kleinlasthärteprüfmaschinen Mikrohärteprüfmaschine 0,01 1 kgf HV Kleinlasthärteprüfmaschine 0,3-30 kgf HV
15 Brinellhärteprüfmaschinen Brinellhärteprüfmaschine 187, kgf Brinellhärteprüfmaschine 187, kgf Portable Härteprüfmaschinen, genormte Verfahren Portables Rockwellhärteprüfsystem Clark portable HRC, HRB, HRA tester Portables Rockwellhärteprüfsystem Spezialhalterung zur Prüfung von Führungsbahnen
16 Portable Härteprüfmaschinen, genormte Verfahren Portables Brinellhärteprüfsystem Prüflast kgf King, USA Portables Kleinlasthärteprüfsystem Hersteller WPM, Leipzig Typ HMO 10 Verfahren HV5 + HV Neu / Nichtgenormte Prüfverfahren Verfahren Prüflasten kgf Eindringkörper Hersteller Norm Normentwurf Bezeichnung UCI < 1 und 10 kgf Vickersdiamant Krautkrämer Kommt EQUOTIP Dynamisches Rücksprungverfahren Kugel PROSEQ DIN HL D 570 HLd ESATEST 1-10 kgf Vickersdiamant / Diamantkegel ERNST DIN E HME HV Computest 1,2 kgf Vorlast 5 kgf Hauptlast Rockwelldiamant ERNST DIN E HMM HV
17 Einsatz der Neu / Nichtgenormte Prüfverfahren Verfahren Prüfung von UCI EQUOTIP Impact Prüfverfahren ESATEST Computest Oberflächenhärten, schwer zugänglichen Stellen usw. Schnelle Prüfung gehärteter und metallischer Teile Gehärteten Teilen, schwer zugänglichen Stellen usw. Gehärteten Teilen Portable Härteprüfmaschinen, ungenormtes Verfahren MICRODUR Prüfart: HV mit Ultraschall Prüflasten: nicht genormt, 0,684 kgf Eindringkörper: Diamantpyramide
18 Portable Härteprüfmaschinen, Genormtes Verfahren EQUOtip Prüfart: Rücksprunghärte Prüflasten: nicht genormt, dynamisch ca. 20 grf Eindringkörper: Hartmetallkugel Portable Härteprüfmaschinen, ungenormte Verfahren ESATEST Prüfart: Messung der Eindruckoberfläche über den elektr. Widerstand Prüflasten: Verschieden 1-10 kgf Eindringkörper: Vickersdiamant Diamantkegel
19 Portable Härteprüfmaschinen, ungenormte Verfahren Computest Prüfart: Abgewandeltetes Rockwellverfahren Prüflasten: nicht genormt, 5 kgf Eindringkörper: Rockwelldiamant Einsatz und besondere Problemstellungen der Mikro- und Kleinlasthärteprüfung
20 Einsatz der Kleinlasthärteprüfverfahren Ermittlung von Härteverläufen zur Bestimmung der Eht-Nht-Rht-Sht und Entkohlungstiefen Härteverlauf HV1 an einem einsatzgehärteten Bauteil Eht 0,15 mm Härteverlauf HV0,3 an einem nitrierten Bauteil Nht 0,55 mm Einsatz der Kleinlasthärteprüfverfahren Ermittlung von Härte an Gefügebestandteilen und Schichten Prüfung von Gefügebestandteilen Härteprüfung an einer Verbindungsschicht
21 HV 1 Kennzeichnung in Zeichnungen nach DIN 6773 Art Bezeichnung Bedeutung CHD Rht DS Einsatzgehärtet und angelassen HRC CHD = 1 + 0,4 Randschichtgehärtet HV 50 Rht 525 = 0,6 + 0,6 Aufgekohlt im Kammerofen oder Salz Oberflächenhärte HRC Härtetiefe 1 1,4 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 550 HV 1 Induktiv oder Flammgehärtet Oberflächenhärte HV 50 Härtetiefe 0,6 1,2 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 525 HV 1 Nht Nitriert 650 HV 10 Nht = 0,3 + 0,1 Nitrierverfahren offen Oberflächenhärte 650 HV 10 Härtetiefe 0,3 0,4 mm geprüft mit HV 0,5 und einer Grenzhärte von 50 HV über der Kernhärte Auswertung Im folgendem Beispiel beträgt die CHD = 0,90 mm Härteverlaufskurve Eht Eht 0,90 mm 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Abstand vom Rand mm
22 Fehlermöglichkeiten bei der Mikro-Kleinlasthärteprüfung Beispiel: Härteprüfung an einer Chromschicht mit HV 0,02 Wahrer Härtewert 1000 HV 0,02 Diagonale 6,09 µm Gem. Härtewert 1102 HV 0,02 Diagonale 5,80 µm Gem. Härtewert 906 HV 0,02 Diagonale 6,40 µm Fehlerursachen können sein: Falsches Anlegen der Messlinien Zu niedrige Vergrößerung der Messoptik Bild nicht einwandfrei im Focus Falsche Präparation Messung von Präparationseinflüssen bei niedrigen Prüflasten Eine einwandfreie metallografische Probenpräparation ist für die korrekte Ermittlung von Mikrohärteprüfwerten von äußerster Wichtigkeit. Sollen Härtewerte miteinander verglichen werden, muss zwingend eine absolut reproduzierbare Probenpräparation erfolgen. Die Messfehler durch Probenpräparation können leicht bis zu 50 % vom wahren Messwert abweichen. Dies ist unabhängig von der Höhe des Härtewertes
23 Auswirkung der Oberflächenverfestigung auf den Härtewert reale Härte ca. 220 HV 0 1 µm 2 µm Oberflächenverfestigte Zone Mischzone 9 µm HV 0, HV 0, HV 0,5 230 Reiner Grundwerkstoff Gefügeeinflüsse bei der Härteprüfung Karbide im angelassenen strukturlosen Martensit Restaustenitgehalt 15 % 61 HRC Härtegefüge i.o. Nadeliger Martensit Karbide aufgelöst Restaustenitgehalt 25 30% HRC Härtegefüge n.i.o. Randzone (Bild) Strukturloser Martensit mit Troostitflecken Oberflächenhärte 600 HV10 Kern (ohne Abbildung) Karbide im angelassenen strukturlosen Martensit Restaustenitgehalt 15 % 61 HRC Härtegefüge n.i.o
24 Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Das große?
25 Messunsicherheit bei HV 1 HV 0, HV = ± 5% zulässige Messunsicherheit bei 700 HV HV 0,2 = ±11% zulässige Messunsicherheit bei 700 HV Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Vickers Zulässige Wiederholpräzision und Grenzabweichung der Prüfmaschine
26 Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Vickers Zulässige Wiederholpräzision und Grenzabweichung der Prüfmaschine Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Vickers Erforderliche Genauigkeit und Wiederholpräzision der optischen Messeinrichtung Härteeindrücke < 40 µm Härteeindrücke >40 µm Auflösung der Messeinrichtung <0,0002 mm Wiederholgenauigkeit < 0,0004 mm Auflösung der Messeinrichtung < 0,5% von D Wiederholgenauigkeit < 1% von D
27 Ursache ist die numerische Apertur der Optik! Lt. Abbe gibt es bei einem Lichtmikroskop bei optimaler Optik und Beleuchtung eine scharfe Auflösung nur bis zu einer Größe von 200 Nanometer = 0,2 µm Fehlermöglichkeiten bei der Mikro-Kleinlasthärteprüfung Beispiel: Härteprüfung an einer Chromschicht mit HV 0,02 Wahrer Härtewert 1000 HV 0,02 Diagonale 6,09 µm Gem. Härtewert 1102 HV 0,02 Diagonale 5,80 µm Gem. Härtewert 906 HV 0,02 Diagonale 6,40 µm Fehlerursachen können sein: Falsches Anlegen der Messlinien Zu niedrige Vergrößerung der Messoptik Bild nicht einwandfrei im Focus Falsche Präparation
28 Einfluss der zulässigen Messunsicherheit bei der Vickershärteprüfung Bei einem theoretischen Istwert von 0,6 mm Eht ergibt sich eine Streuung von ca. 11 % bei der Ermittlung der Eht Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Rockwell Zulässige Wiederholpräzision und Grenzabweichung der Prüfmaschine für die Verfahren A, B, C, N, T Rockwell Härteskala Härtebereiche der Härtevergleichsplatte Grenzabweichung in Rockwell-Einheiten Zulässige Wiederholpräzision der Prüfmaschine A B 20 bis 75 HRA ± 2 HRA 0,02 (100-Ĥ) oder >75 bis 88 HRA ± 1,5 HRA 0,8 Rockwell-Einheiten a 20 bis 45 HRB ± 4 HRB > 45 bis 80 HRB ± 3 HRB > 80 bis 100 HRB ± 2 HRB C 20 bis 70 HRC ± 1,5 HRC N T ± 2 HRN ± 3 HRT 0,04 (130-Ĥ) oder 1,2 Rockwell-Einheiten a 0,02 (100-Ĥ) oder 0,8 Rockwell-Einheiten a 0,04 (100-Ĥ) oder 1,2 Rockwell-Einheiten a 0,04 (100-Ĥ) oder 2,4 Rockwell-Einheiten a a Der größere der beiden Werte muß genommen werden. H ist die Hälfte der verwendeten Härtevergleichsplatte
29 Messunsicherheiten bei der Härteprüfung Brinell Zulässige Wiederholpräzision und Grenzabweichung der Prüfmaschine Härte der Härtevergleichsplatte HBW Zulässige Wiederholpräzision der Prüfmaschine mm Grenzabweichung der Prüfmaschine % 125 0,030 đ 3 H 125< HBW 225 0,025 đ 2,5 H > 225 0,020 đ 2 H H ist die Härte der verwendeten Härtevergleichsplatte đ ist der Mittelwert aus 5 Eindruckdurchmessern Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falsches Auflegen der Teile Hohllage (Schüsselung) Spannfehler, falsche Auflagetische Falsche Probenvorbereitung Erwärmung durch Trennen oder Schleifen Zu grober Anschliff Erwärmung durch Einbettung in Warmeinbettpresse (Nicht) Korrekt kalibrierte Maschine Nicht korrigierte konvex-konkave Oberflächen Korrekturwerte
30 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Hohllage (Schüsselung) Falsch Richtig Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falsche Aufnahmen / Verspannfehler Falsch Falsch Falsch Richtig Richtig
31 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falsche Aufnahmen / Verspannfehler Prüfkraft < als Zugkraft Schliff Falsch Spannkraft > als Zugkraft Richtig Falsch Richtig Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falsche Aufnahmen / Verspannfehler DIN Gestalten und Anwenden von Aufnahmevorrichtungen für Proben in Härteprüfgeräten
32 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Erwärmung durch Trennen oder Schleifen Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff DIN EN ISO Schreiben keine Rauhigkeitswerte für die Probenpräparation vor Die Prüfung wird an einer glatten ebenen Oberfläche vorgenommen die frei von Zunder, Fremdkörpern, insbesondere Schmierstoffen, sein muss, wenn nichts anderes in einer Produktnorm vorgegeben ist. Die Probe muss eine Oberflächenbearbeitung aufweisen, die eine exakte Messung der Eindruckdiagonalen gestattet
33 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff Quelle: Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff Quelle:
34 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff Quelle: Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff Quelle:
35 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff Quelle: Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung 10 µm P
36 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung 10 µm P Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Falscher Anschliff HV HV 1 HV µm 40µm 320K 120K 60K Körnung
37 Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Erwärmung durch Einbettung in Warmeinbettpresse Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung (Nicht) Korrekt kalibrierte Maschine Sollwert = Nht 500 HV 0,2 = 0,2 + 0,1 Zulässige Kalibrierabweichung bei 500 HV 0,2 ±10% = ± 50 HV 0,2 Maschine misst bei 500 HV 0,2 = 455 HV 0,2 Gemessene Nht ist zu niedrig Konsequenz: Kunde reklamierte ständig zu niedrige Nht
38 Einfluss der zulässigen Messunsicherheit bei der Vickershärteprüfung Bei einem theoretischen Istwert von 0,25 mm Nht ergibt sich eine Streuung von ca. 45 % bei der Ermittlung der Nht Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung Nicht korrigierte konvex-konkave Oberflächen Korrekturwerte ISO schreibt die Korrektur von konvex-konkaven Oberflächen vor
39 Umwertung von Härtewerten DIN Zwischen Härteprüfung und Zugversuch bestehen hinsichtlich der Werkstoffbeanspruchung wesentliche Unterschiede Es ist nicht möglich, mittels eines Modells gesicherte funktionale Beziehungen zwischen beiden Kennwerten abzuleiten Härte und Zugfestigkeit sind jedoch positiv korreliert Es ist möglich für eingeschränkte Gültigkeitsbereiche, empirische Beziehungen aufzustellen Umwerteunsicherheiten Die Unsicherheit eines Umweltergebnisses kann beträchtlich sein Besonders, wenn die systematische Abweichung der Härteprüfmaschine nicht berücksichtigt wird
40 Beispiel: 85,5 HRA 920 HV (Tab. D.2) Grenzabweichung der Prüfmaschine zulässig 1,5 HRA Systematische Abweichung + 1,4 HRA Abweichung des umgewerteten Härtewertes 130 HV HV Durchführung von Umwertungen Die in der DIN angegebenen Werte dürfen nicht durch einen Umrechnungsfaktor ersetzt werden. HRC Tabelle A.1 alte Norm HRC Tabelle B.3 HRC Tabelle B ,3 21,2 20, ,1 27,7 27, ,8 30,5 30, ,2 33,1 33, ,5 36, ,8 41, ,3 45, ,1 49, ,3 52,4 HRC Tabelle B.4 HRC Tabelle D ,1 54,0 54,0 54,2 HRC Tabelle D
41 HV Durchführung von Umwertungen Die in der DIN angegebenen Werte dürfen nicht durch einen Umrechnungsfaktor ersetzt werden. HRC Tabelle A.1 alte Norm HRC Tabelle B.3 HRC Tabelle B.3 HRC Tabelle B.4 HRC Tabelle D ,2 55,1 54,8 55, ,8 57,5 56,9 57, ,1 59,2 59, ,0 60,1 60, ,1 61,8 HRC Tabelle D ,9 62,5 63, ,0 63,6 64, ,0 67,0 67, HV10 Umwerteunsicherheit HRC - HV 10 bei unkorrigiertem HRC Messfehler von ± 1,4 HRC Sollwert Tabelle A HV 10 min. Wert HV 10 max. Wert ,6 29,2 34,4 39,8 45,3 49,8 52,3 54,7 56,3 57,3 58,8 59,7 61, ,3 66,4 HRC
42 Bezeichnung eines Umwertergebnisses Beispiel 1 Umwertung DIN ,5 HRC B.2 - HV Normnummer Durch Umwertung ermittelter Härtewert (Tabellenwert) Verwendete Tabelle für Umwertung Verfahren, nach dem die Härte experimentell ermittelt wurde Beispiel 2, ergänzt durch den Betrag der Unsicherheit Normnummer Durch Umwertung ermittelter Härtewert (Tabellenwert) ergänzt durch den Betrag der Unsicherheit Verwendete Tabelle für Umwertung Verfahren, nach dem die Härte experimentell ermittelt wurde Umwertung DIN (62 ±1) HRC B.2 - HV Prüfergebnisse Interpretation der Prüfergebnisse Härtewerte bewerten Vorgaben zu enger Prüftoleranzen, teilweise geringer als die zulässigen Messunsicherheiten nach DIN EN ISO Auswertungen und Interpretationen von Gefügebildern Eine genaue Festlegung der Prüfvorschriften und der durchzuführenden Prüfungen ist zur Vermeidung von Reklamationen unerlässlich
43 Wärmebehandlungsangaben in Zeichnungen Korrekte Angaben in Zeichnungen Die korrekte Angabe von Wärmebehandlungsangaben in Zeichnungen ist von elementarer Bedeutung für das zu prüfende Bauteil. Gerade dieser Teil der Bauteildefinition wird in den meisten Fällen falsch oder zumindest fehlerhaft ausgeführt. Neben den Problemen der richtigen Wärmebehandlung sind auch noch eine Vielzahl rechtlicher Probleme, sowohl für den Wärmebehandler als auch für den Kunden, mit falschen Zeichnungsangaben verbunden. Einige typische Probleme sind z.b.: Bei Reklamationen die wirklichen zu prüfenden Härtewerte Wer zahlt den entstandenen Schaden bei falschen Prüfangaben usw
44 Kundenangaben zur Prüfung Zur Durchführung der Prüfung sind folgende Angaben erforderlich: Genaue Angabe des eingesetzten Werkstoffes / Härteverfahrens Gewünschter Sollwert mit Plustoleranz Einzusetzendes Prüfverfahren Anzahl der zu prüfenden Teile einer Charge Genaue Prüfstelle am Bauteil Mitgeltende Werkstoff- und Prüfnormen Kleine Liste relevanter Normen für die Prüfung ASTM E DIN DIN EN ISO EN ASTM E DIN EN DIN EN ISO EN ASTM E DIN EN DIN EN ISO EN ISO ASTM E DIN EN DIN EN ISO EN ISO ASTM E DIN EN DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO 2320 E DIN EN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO 2639 DIN ISO 3738 EN ISO DIN E DIN EN ISO 3059 DIN ISO EN ISO DIN E DIN EN ISO DIN ISO EN ISO DIN E DIN EN ISO 4516 DIN ISO EN ISO DIN DIN EN ISO 642 DIN ISO 4498 ISO DIS DIN DIN EN ISO 643 DIN ISO 4507 VDI/VDE 2616 Blatt
45 Kennzeichnungsgrundsätze in Zeichnungen Kernhärte Die Kernhärte ist nur dann in die Zeichnung einzutragen, wenn ihre Prüfung notwendig und vorgeschrieben ist. Zur Prüfung ist die Zerstörung oder Beschädigung des Bauteils unumgänglich. Die Kernhärte wird als Vickers-, Brinell- oder Rockwellhärte bestimmt Kennzeichnungsgrundsätze in Zeichnungen Oberflächenhärte durchgehärteter Bauteile Festlegung als Vickers-, Brinell- oder Rockwellhärte Prüfung nur an der Oberfläche ist nicht mit der Kernhärte zu verwechseln. Üblicherweise wird auf Zeichnungen nur die gewünschte Oberflächenhärte angegeben. Zu beachten ist, dass die Mindestdicke der Bauteile 10x die Eindringtiefe des Härteeindruckes ist
46 Kennzeichnungsgrundsätze in Zeichnungen Oberflächenhärte oberflächengehärteter Bauteile Für oberflächengehärtete Bauteile muss das Prüfverfahren abhängig von der Härtetiefe nach DIN 6773 festgelegt werden. Grundregel = max. Prüfkraft, wenn HV 50 geht, muss HV genommen werden Bei der Festlegung der Oberflächenhärte werden die meisten Fehler in den Zeichnungen gemacht. Die in den Normen angegebenen Werte sind nicht einfach aus der Luft gegriffen, sondern zu Papier gebrachte Erfahrungswerte Allen Härtetiefenwerten ist eine größtmögliche, jedoch funktionsgerechte, Plus-Toleranz zuzuordnen. Darstellung in der Zeichnung Kennzeichnung der Messstelle Bedeutung Symbol für die Messstelle an der sowohl die Oberflächenhärte als auch der entsprechende Härteverlauf zu prüfen sind. Bei keiner Angabe ist die Prüfstelle frei wählbar
47 Härtetoleranzen Toleranz zu eng Härtetoleranzen allgemein Toleranz zu engi.o
48 Angaben der Oberflächenhärte oberflächengehärteter Bauteile Das Härteprüfverfahren der Oberflächenhärte ist entsprechend der Härtetiefe nach DIN 6773 anzugeben. Allen Härtewerten ist eine größtmögliche, jedoch funktionsgerechte, Plus-Toleranz zuzuordnen Mindest- Härtetiefe Rht, Eht mm Oberflächenhärten - Mindesthärte in HRA oder HRC 70 bis 75 HRA Oberflächenmindesthärte in HRA oder HRC >75 bis 78 HRA >78 bis 81 HRA > 81 HRA 40 bis 49 HRC >49 bis 55 HRC >55 bis 60 HRC >60 HRC 0, HRA , HRA HRA ,5 - HRA HRA HRA ,6 HRA HRA HRA HRA ,8 HRA HRA HRA HRA HRC 0,9 HRA HRA HRA HRA - - HRC HRC 1,0 HRA HRA HRA HRA - HRC HRC HRC 1,2 HRA HRA HRA HRA HRC HRC HRC HRC
49 Mindesthärtetiefe Rht, Eht, Nht, Sht mm Oberflächenmindesthärte in HV 200 bis 300 HV >300 bis 400 HV >400 bis 500 HV >500 bis 600 HV >600 bis 700 HV >700 bis 800 HV >800 0, HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 0,07 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 1 HV 1 0,08 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 1 HV 1 HV 1 0,09 HV 0,5 HV 0,5 HV 0,5 HV 1 HV 1 HV 1 HV 1 0,1 HV 0,5 HV 1 HV 1 HV 1 HV 1 HV 1 HV 3 0,15 HV 1 HV 3 HV 3 HV 3 HV 3 HV 3 HV 5 0,2 HV 1 HV 3 HV 5 HV 5 HV 5 HV 5 HV 5 0,25 HV 3 HV 5 HV 5 HV 5 HV 10 HV 10 HV 10 0,3 HV 3 HV 5 HV 10 HV 10 HV 10 HV 10 HV 10 0,4 HV 5 HV 10 HV 10 HV 10 HV 10 HV 30 HV 30 0,45 HV 5 HV 10 HV 10 HV 10 HV 30 HV 30 HV 30 0,5 HV 10 HV 10 HV 10 HV 30 HV 30 HV 30 HV 30 0,55 HV 10 HV 10 HV 30 HV 30 HV 30 HV 50 HV 50 0,6 HV 10 HV 10 HV 30 HV 30 HV 50 HV 50 HV 50 0,65 HV 10 HV 30 HV 30 HV 50 HV 50 HV 50 HV 50 0,7 HV 10 HV 30 HV 50 HV 50 HV 50 HV 50 HV 50 0,75 HV 30 HV 30 HV 50 HV 50 HV 50 HV 100 HV 100 0,8 HV 30 HV 30 HV 50 HV 50 HV 100 HV 100 HV 100 0,9 HV 30 HV 30 HV 50 HV 100 HV 100 HV 100 HV 100 1,0 HV 30 HV 50 HV 100 HV 100 HV 100 HV 100 HV Oberflächenhärtewerte und Ihre Tiefeneinflüsse HRC HV 10 HV 50 Nitrieren nur VS 20µm Nitrocarburieren 70µm Wirktiefe bei 700 HV 10 Nitrieren ca. 0,3mm Wirktiefe bei 700 HV 50 Einsatzhärten Randschichthärte ca. 0,6mm Wirktiefe bei 60HRC Kerngefüge
50 Angaben der Härtetiefe oberflächengehärteter Bauteile Die Härtetiefe ist entsprechend dem jeweiligen Wärmebehandlungsverfahren nach DIN Teil 1-4 als Einhärtungstiefe (Rht), Einsatzhärtungstiefe (Eht), Randschichtschmelzhärtetiefe (Sht) oder Nitrierhärtetiefe (Nht) anzugeben. Allen Härtetiefenwerten ist eine größtmögliche, jedoch funktionsgerechte, Plus-Toleranz zuzuordnen. In der DIN 6773 sind hierzu ausführliche Vorschläge gemacht worden Einsatzhärtungstiefe Eht mm Eht-Werte und Toleranzen Plus-Toleranz mm 0,05 0,03 0,07 0,05 0,1 0,1 0,3 0,2 0,5 0,3 0,8 0,4 1,2 0,5 1,6 0,6 2 0,8 2, ,
51 Einfluss der zulässigen Messunsicherheit bei der Vickershärteprüfung Bei einem theoretischen Istwert von 0,6 mm Eht ergibt sich eine Streuung von ca. 11 % bei der Ermittlung der Eht Fehlangaben für gehärtete und vergütete Teile Allgemein die Angabe Gehärtet in Zeichnungen Mit einer solchen Angabe kann keine korrekte Wärmebehandlung durchgeführt werden. Hier kann der Wärmebehandler nur erahnen was gemacht werden soll. Schnittstempel Werkstoff gehärtet Gehärtet auf 60HRC Hier fehlen sämtliche Angaben über die Härte, die erzielt werden soll und über das Härteverfahren. Im Prinzip kann der Härter dieses Teil zwischen HRC härten, ohne daß der Kunde beanstanden könnte. In dieser Zeichnung haben wir schon einen Härtewert, aber leider keine Toleranz. 60HRC kann man nicht genau härten, noch viel weniger prüfen. Unklar ist deshalb, ob mind. 60HRC oder ca. 60HRC erreicht werden soll
52 Gehärtete und vergütete Teile Bauteil durchgehärtet mit Angabe der Härte und der Prüfstelle. Bauteil durchgehärtet und angelassen mit Angabe der Härte und der Prüfstelle Gehärtete und vergütete Teile Bauteil vergütet mit Angabe der Zugfestigkeit - Dehngrenze - Dehnung und der Prüfstelle. Bauteil durchgehärtet und angelassen nach Wärmebehandlungsanweisung WBA mit Angabe der Härte in zwei verschiedenen Bereichen
53 Fehlangaben für einsatzgehärtete Teile Einsatzgehärtet Einsatzgehärtet und angelassen Einsatzgehärtet und angelassen Eht <0,1 HV3 Einsatzgehärtet und angelassen 58+4 HRC Eht 0,1 + 0,03 HV3 Es fehlen alle Angaben wie Oberflächenhärte, Härtetiefe, welche Bereiche sollen gehärtet werden usw. Hier fehlen sämtliche Angaben über das gewünschte Ergebnis wie Oberflächenhärte und Härtetiefe. Diese Teile brauchen eigentlich gar nicht gehärtet werden, denn auch 0 mm (also nichts) ist weniger als 0,1 mm. Die Oberflächenhärte fehlt. Hier hat der Konstrukteur schon zumindest die Grundbegriffe wie tolerierte Oberflächenhärte und Toleranzangabe der Eht berücksichtigt. Leider können die Angaben aber nicht überprüft werden, da sämtliche Prüfverfahren falsch gewählt wurden Einsatzhärten Vereinzelt wird in Zeichnungen eine partielle Einsatzhärtung vorgeschrieben; die Strichpunktlinie legt den Bereich fest, in dem die partielle Einsatzhärtung vorgeschrieben ist. Einsatzgehärtet und angelassen Oberflächenhärte HRC Härtetiefe 0,8 1,2 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 550 HV 1 Einsatzgehärtet und angelassen Oberflächenhärte HV 30 Härtetiefe 0,5 0,8 mm geprüft mit HV 3 und einer Grenzhärte von 600 HV
54 Einsatzhärten Einsatzgehärtet und angelassen nach einer Wärmebehandlungsanweisung WBA Oberflächenhärte HV 30 Härtetiefe 0,5 0,8 mm geprüft mit HV 3 und einer Grenzhärte von 600 HV 3 Einsatzgehärtet und angelassen Nur eine partielle Einsatzhärtung wurde vorgeschrieben, die Zeichnung erlaubt aber die Aufkohlung des ganzen Bauteiles. Oberflächenhärte HRC Härtetiefe 0,8 1,2 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 550 HV Fehlangaben für Randschichtgehärtete Teile Wellen Ø10mm 42CrMo4 60 HRC >0,3 Eht Oberflächengehärtet <0,3mm Oberflächenhärte ohne Toleranzangabe. Eht >0,3 ist falsch. Dieser Werkstoff ist kein Einsatzstahl, sondern er wird oberflächengehärtet. Was ist die max. Härtetiefe? Theoretisch könnten die Bauteile durchgehärtet werden. 60 HRC kann man nicht genau härten, noch viel weniger prüfen. Unklar ist deshalb, ob mind. 60 HRC oder ca. 60 HRC erreicht werden soll. Weiterhin kann eine Härtetiefe von 0,3 mm nicht mit HRC geprüft werden. Diese Teile brauchen eigentlich gar nicht gehärtet werden, denn auch 0 mm (also nichts) ist weniger als 0,3 mm
55 Randschichthärtung Die Strichpunktlinie legt den Bereich fest, in dem die Randschichthärtung vorgeschrieben ist. Partielle Härtung induktiv oder flammgehärtet im gekennzeichneten Bereich. Oberflächenhärte HV 30 Härtetiefe 0,8 1,6 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 500 HV Randschichthärtung Partielle Härtung induktiv oder flammgehärtet im gekennzeichneten Bereich mit Anlassen. Oberflächenhärte HV 10 Härtetiefe 0,4 0,8 mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 425 HV 1. Zwischen den beiden Härtezonen ist ebenfalls eine Härtung gestattet, dies wird durch eine breite Strichlinie gekennzeichnet. Komplexe Wärmebehandlungsvorschrift an einem typischen Automobilteil. Partielle Härtung üblicherweise induktiv im gekennzeichneten Bereich. Oberflächenhärte HV 30 geprüft an zwei Stellen Härtetiefe Stelle 2 0,6 1,2 mm Härtetiefe Stelle mm geprüft mit HV 1 und einer Grenzhärte von 450 HV
56 Fehlangaben für nitrierte Teile Nitriert Plasmanitriert >60HRC Nitrocarburiert Es fehlen alle Angaben wie Nitrierverfahren, Oberflächenhärte, Härtetiefe, welche Bereiche sollen gehärtet werden usw. Hier wurde schon einmal das Nitrierverfahren korrekt angegeben. Die Oberflächenhärtevorschrift ist falsch, beim Nitrieren werden grundsätzlich HV Härtewerte angegeben. Hier fehlt die Angabe der VS-Schichtdicke, die erzielt werden soll Nitrieren Vereinzelt wird in Zeichnungen eine partielle Nitrierung vorgeschrieben. Die Strichpunktlinie legt den Bereich fest, in dem die partielle Nitrierung vorgeschrieben ist. Plasmanitriert Oberflächenhärte 950 HV 10 Härtetiefe 0,3 0,4 mm geprüft mit HV 0,5 und einer Grenzhärte von 50 HV über der Kernhärte Nitrierverfahren offen Oberflächenhärte 800 HV 3 Härtetiefe 0,1 0,15 mm geprüft mit HV 0,3 und einer Grenzhärte von 50 HV über der Kernhärte
57 Nitrieren Partielle Nitrierung Verfahren offen Oberflächenhärte 900 HV 10 Härtetiefe 0,4 0,6 mm geprüft mit HV 0,5 und einer Grenzhärte von 50 HV über der Kernhärte. Nitrocarburiert Verfahren offen Mit Angabe der Verbindungsschichtdicke VS µm keine Härteangaben NHT-Werte und Toleranzen Nitrierhärtetiefe Nht mm Plus-Toleranz mm 0,05 0,02 0,1 0,05 0,15 0,05 0,2 0,1 0,25 0,1 0,3 0,1 0,35 0,15 0,4 0,2 0,5 0,25 0,6 0,3 0,75 0,
58 Bei richtiger Anwendung von Härteprüfmethoden können Sie beruhigt schlafen
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