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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

iris.altpeter@izfp.fraunhofer.de

Dipl.­Ing. (FH) Melanie Kopp

+49 681 9302 3841

melanie.kopp@izfp.fraunhofer.de

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