Eigenspannungen sind Spannungen in einem Bauteil, auf das keine äußeren Kräfte bzw. Momente einwirken und keine Temperaturunterschiede vorhanden sind. Die Eigenspannungen befinden sich im mechanischen Gleichgewicht.
Zugeigenspannungen in kritischen Bereichen, die hohe Lastspannungen ertragen müssen, können die Lebensdauer von Bauteilen wesentlich reduzieren – Druckeigenspannungen dagegen können die Belastbarkeit in solchen Bereichen deutlich erhöhen.
Ein bewährte Verfahrens zur Bestimmung dieser Eigenspannungen ist die Röntgendiffraktometrie (XRD). Mit diesem Verfahren lassen sich die Eigenspannungen an der Oberfläche sicher bestimmen. Einen Tiefenverlauf der Eigenspannung lässt sich durch einen wiederholten elektrolytische Abtrag erreichen (Tiefenprofilmessung).
Anwendungsbeispiele: Tiefenprofilmessungen an Zahnrädern, Ermittlung von Zug- oder Druckspannung bei Materialermüdung, Bestimmung von Schweißnahtspannungen, …
Die Messung erfolgt gemäß internationaler Normen (DIN EN ISO 15305, ASTM E915) oder gemäß Ihrer eigenen Kundenspezifikation.
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Nach dem Härten und Anlassen von Stahl treten in der Regel Phasen wie Martensit, Restaustenit (RA) und gegebenenfalls verschiedenartige Carbide auf. Restaustenit beeinflusst unter anderem die mechanischen Eigenschaften, den Verschleiß und die Maßhaltigkeit gehärteter Bauteile.
Da Martensit eine kubisch raumzentrierte Gitterstruktur hat und Restaustenit kubisch flächenzentriert ist, lassen sich diese beiden Gefügephasen röntgenografisch klar voneinander trennen und auswerten. Die Messung der unterschiedlichen Gitterparameter ergibt quantitativ differenzierbare Beugungslinien nach der Bragg-Gleichung. Diese unterschiedlichen Beugungslinien werden unter Berücksichtigung weiterer Parameter ins Verhältnis gesetzt, aus dem schließlich der RA-Gehalt berechnet werden kann.
Restaustenitgehalte ab 1% können so mit Hilfe dieser Methode sicher bestimmt werden.
In Übereinstimmung mit der ASTM E975 oder Ihrer eigenen Kundenvorschrift führen wir Messung von Restaustenitgehalten an Stählen durch.
An nitrierten/nitrocarburierten Bauteilen können die Phasenanteile an γ‘ und ε in der Verbindungsschicht röntgenographisch bestimmt werden. Da die beiden Phasen unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, ist eine Bestimmung der Phasenanteile von Vorteil.
Neben der metallographischen Ferritbestimmung ist eine röntgenographische Phasenanalyse zur quantitativen Bestimmung des Ferritgehalts möglich.
Für Anfragen, Fragen oder Anmerkungen melden Sie sich gerne bei unserem Ansprechpartner für Werkstoffprüfung und Seminare.
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Weitere InformationenT.F.W.W.-Projekt 20
Projektbericht 20 – Bestimmung modul- und werkstoffabhängiger Einsatzhärtungstiefen
Ausgangssituation und Projektanlass:
T.F.W.W.-Mitgliedsfirmen werden in zunehmendem Maße mit der Forderung konfrontiert, bei Zahnrädern an unterschiedlichen Positionen des Zahnprofils Einsatzhärtungstiefen zu garantieren. Dabei müssen dann Einflussgrößen wie Modul, Innen- und Außendurchmesser, Härtbarkeit und Einsatzhärtungstiefe berücksichtigt werden. Eine zerstörende Prüfung an Musterteilen ist in den meisten Fällen nicht möglich.
Versuchsprogramm und Untersuchungen:
1. Es werden Musterzahnräder mit den Modulen 2, 4 und 8 sowie unterschiedlichen Innendurchmessern aus folgenden Einsatzstählen hergestellt:
– 16MnCr5 +HH, 1.7131 und
– 18CrNiMo7-6 +HH, 1.6587
2. Für jede Abmessungs- und Werkstoffvariante werden drei Einsatzhärtungstiefen realisiert.
Nach Abschluss der Wärmebehandlungen erfolgen dann…
– die Bestimmung der Einsatzhärtungstiefe an sechs unterschiedlichen Positionen,
– die Bestimmung der Zahnfußhärte sowie
– die Bewertung der Gefügeausbildung.
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