DE19904414A1 - Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an Bauteilen aus metallischen Werkstoffen - Google Patents
Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an Bauteilen aus metallischen WerkstoffenInfo
- Publication number
- DE19904414A1 DE19904414A1 DE1999104414 DE19904414A DE19904414A1 DE 19904414 A1 DE19904414 A1 DE 19904414A1 DE 1999104414 DE1999104414 DE 1999104414 DE 19904414 A DE19904414 A DE 19904414A DE 19904414 A1 DE19904414 A1 DE 19904414A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- magnetization
- indentor
- intensity
- action
- tested
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
- G01N3/42—Investigating hardness or rebound hardness by performing impressions under a steady load by indentors, e.g. sphere, pyramid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
- G01N27/80—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/0617—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means
- G01N2203/0635—Electrical or magnetic indicating, recording or sensing means using magnetic properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen aus metallischen Werkstoffen, insbesondere austenitisch und austenitisch-ferritischen Werkstoffen. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - bei welchem mit einem Indentor auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches mechanisch eingewirkt wird, DOLLAR A - bei welchem die mechanischen Eigenschaften aus einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von
mechanischen Werkstoffeigenschaften an bzw. von Bauteilen aus metallischen
Werkstoffen, insbesondere aus austenitischem und austenitisch-ferritischem
Stahl.
Zur Ermittlung der Beanspruchungsgrenzen sind aus der Werkstofftechnik
eine Vielzahl von Verfahren zur mechanischen Werkstoffprüfung bei zügiger
Beanspruchung und bei dynamischer Beanspruchung bekannt, wobei diese
Verfahren dadurch charakterisiert sind, daß diese zur Erlangung des
Ergebnisses eine Zerstörung eines Probekörpers aus dem Material des zu
prüfenden Bauteiles erforderlich machen, weshalb eine unmittelbare Prüfung
am Bauteil nicht erfolgen kann. Als einzelne, mit diesen Verfahren ermittelbare
Größen werden beispielhaft die folgenden genannt:
- 1. Feststellung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken eines transparenten sphärischen Indentors in den Probekörper;
- 2. Ermittlung des Verhaltens eines Werkstoffes unter Zugbeanspruchung,
insbesondere Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
- 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
- 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
- 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
- 4. 2.4 Bruchgrenze B;
- 5. 2.5 Zerreißgrenze;
- 3. Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit.
Zur Ermittlung der anfänglichen plastischen Deformation ist aus der
Druckschrift S. M. Markowetz: "Die Feststellung der mechanischen
Metalleigenschaften nach Härte" - Moskau, Maschinenbau - 1979 - Seiten 159-
161, bekannt, welches auf der optischen Kontrolle des Vorhandenseins des
anfänglichen restlichen Eindruckes auf der geprüften Oberfläche basiert. Der
Nachteil dieses Verfahrens besteht im wesentlichen darin, daß man nur die
Möglichkeit hat, den Eindruck von der Oberfläche zu beobachten, wobei es
bekannt ist, daß die maximale Spannung und folglich die anfängliche
plastische Deformation bei der Kontaktwechselwirkung eines sphärischen
Körpers, welcher in die Oberfläche mit der flachen oder krummlinigen
Oberfläche eingedrückt wird, unter der Oberfläche entstehen, weshalb diese
Deformation mittels der optischen Methode nicht genau ermittelt werden
kann.
Die Ermittlung der Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte erfolgt in
einfachster Weise mittels eines sogenannten Zugversuches, wie er in Gehrig,
Bruhn, Danner, Endroschat, Göbbert, Kross, Komoll: "Kraftfahrzeugtechnik",
Westermann-Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig 1991, Seiten 98-99
beschrieben ist. Demnach wird ein genormtes Probestück aus einem
bestümmten Werkstoff in einer Universalprüfmaschine an beiden Seiten
eingespannt und bis zum Bruch gedehnt. Über eine Meßeinrichtung wird die
Verlängerung der Probe entsprechend der Zugkraft in einem Diagramm, dem
sogenannten Kraft-Verlängerungs-Diagramm aufgezeichnet. Werden die
Zugkraft F auf den Anfangsquerschnitt und die Gesamtverlängerung auf die
Anfangslänge bei Raumtemperatur bezogen, entsteht dann das sogenannte
Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht
darin, daß der Prüfkörper dabei zerstört wird, so daß eine Ermittlung der
einzelnen Kennwerte nicht an einem fertigen Bauteil erfolgen kann.
Es ist des weiteren ein Feststellungsverfahren für die mechanischen
Metalleigenschaften bekannt, welches darin besteht, daß auf der Oberfläche
des zu prüfenden Bauteiles eine Ringnut und zwei mit ihr verbundene
Blindnuten eingearbeitet werden, die einen Steg bilden. Die Nutwände werden
dann der Zugwirkung ausgesetzt, und die Abhängigkeit der Deformation von
der Zugkraft wird mittels eines auf dem Steg aufgestellten Gebers bestimmt.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es notwendig ist, den
Spannungskonzentrator auf dem Prüfbauteil aufzutragen. Des weiteren
können die Messungen nicht genau durchgeführt werden aufgrund der
starren Verbindung des gedehnten Teilbereiches des Metalls, insbesondere
des Steges, mit dem Grundteil des Bauteils.
Des weiteren sind zur Ermittlung der Zugfestigkeits- und
Verformungskennwerte auch berechnungsexperimentelle
Konstruktionsmethoden bekannt, bei welchen das Diagramm der koaxialen
Stoffdeformation aus dem experimentellen Diagramm des kontinuierlichen
zyklischen Eindrückens von starren, kugelförmigen Indentoren betrachtet
werden. Dabei wird eine kontinuierliche Eindringkurve ermittelt und numerisch
mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) in eine Spannungs-Dehnungs-
Kennlinie umgesetzt. Dieses Verfahren ist in der Druckschrift Kontrolle:
"Modifiziertes Härteprüfverfahren", 10/94, Seiten 52 ff. beschrieben. Der
Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Verwendung des
phänomenologischen Herangehens zur Konstruktion des
Deformationsdiagrammes aus dem Eindrückdiagramm des kugelförmigen
Indentors, welches auf einem mathematischen Modell basiert und in dem die
Methode der schrittweisen Näherung bei der Feststellung der Verbindung
zwischen der Spannung und der Deformation verwendet wird.
Zur Ermittlung der Dauerschwingfestigkeits-Kennwerte sind Verfahren
bekannt, bei denen die Feststellung der zyklischen Festigkeit anhand von
Prüfungen von Probestücken erfolgt, welche aus dem Werkstoff bestehen,
das dem Konstruktionswerkstoff entspricht. Es ist jedoch auch denkbar, das
Probestück aus dem Konstruktionswerkstoff zu entnehmen. Der Nachteil
dieses Verfahrens besteht in der Ungenauigkeit der Festigkeitsfeststellung
und, für den zweiten genannten Fall, in der Notwendigkeit der Beschädigung
des zu prüfenden Bauteiles. Des weiteren sind diese Verfahren durch
erhebliche Kosten und die Unmöglichkeit, die Betriebseinwirkung zu
berechnen, wenn die Feststellung der zyklischen Festigkeit von
Konstruktionen im Laufe oder nach der geplanten Betriebsdauer durchgeführt
wird, charakterisiert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Feststellung der mechanischen Werkstoffeigenschaften an einem Objekt bzw.
zu prüfenden Bauteil aus einem metallischen Werkstoff zu entwickeln, welches
die oben genannten Nachteile vermeidet. Das zu entwickelnde Verfahren soll
sich dadurch auszeichnen, daß die Ermittlung der mechanischen
Eigenschaften, insbesondere Werkstoffkennwerte auch am fertiggestellten und
eingebauten Bauteil erfolgen kann, ohne daß dieses ausgebaut oder zerstört
wird. Des weiteren soll die Prüfmethode unabhängig von der Dauer des
Einsatzes des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteile verläßlich einsetzbar
sein. Angestrebt wird auch eine Prüfmethode, die die Feststellung einer
Mehrzahl der mechanischen Eigenschaften, welche bisher mit verschiedenen
Methoden ermittelt wurden, zuläßt.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des
Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung von mechanischen
Werkstoffeigenschaften von wenigstens einem Teilbereich eines Bauteiles aus
metallischem Werkstoff ein Indentor verwendet, welcher mechanisch auf die
Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteilbereiches einwirkt. Dabei
werden die mechanischen Werkstoffeigenschaften aus einer, das
Magnetisierungsverhalten im Einwirkbereich des Indentors am zu prüfenden
Objektbereich wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt bzw.
abgeleitet. Die Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften in der
Einwirkzone erfolgt dabei vorzugsweise
- a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone oder
- b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone.
Der Erfinder hat erkannt, daß die einzelnen mechanischen
Eigenschaftskennwerte von metallischen Werkstoffen, insbesondere
austenitischen oder austenititsch-ferritischen Metallen, örtlich wenigstens
mittelbar aus den Änderungen in ihrer kristallinen Struktur bei Beanspruchung
ermittelt werden können, wobei die Magnetisierungsintensität bzw. eine
Änderung dieser als Indikator dafür nutzbar ist. Die sich unter einer örtlichen
Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und
Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im
Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum
Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung der
Magnetisierungsintensität niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von
Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und der
Magnetisierungsintensität in diesem Bereich lassen sich dann die
entsprechend gewünschten Werkstoffkennwerte
- a) direkt, d. h. unmittelbar oder
- b) indirekt, d. h. über Vergleiche mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des des zu prüfenden Bauteils erfolgen
ermitteln.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß aufgrund der
Erfassung des Magnetisierungsverhaltens, insbesondere des
Zusammenhanges zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der
Intensität der Magnetisierung in der Einwirkzone entweder unmittelbar oder
aber mittelbar über Vergleiche mit Referenzwerten von Probestücken aus dem
gleichen Metall die mechanischen Eigenschaftskennwerte eines bereits
eingebauten fertigen Objektes bzw. Bauteiles, insbesondere von stark
beanspruchten Teilbereichen während der Betriebsdauer bzw. sicher zu
einem beliebigen Zeitpunkt während der Betriebsdauer ermittelt werden
können, ohne daß dieses zerstört oder ausgebaut werden müßte.
Insbesondere kann damit auch die Ermittlung der mechanischen
Werkstoffkennwerte, insbesondere der Festigkeitseigenschaften in einzelnen
unterschiedlich beanspruchten Bereichen unabhängig voneinander erfolgen,
ohne daß das Ergebnis verfälscht wird.
Über das Magnetisierungsverhalten lassen sich wenigstens die folgenden
mechanischen Werkstoffeigenschaften ermitteln:
- 1. der Beginn der plastischen Deformation;
- 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
- 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
- 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
- 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
- 4. 2.4 Bruchgrenze B;
- 5. 2.5 Zerreißgrenze;
- 3. die Dauerfestigkeit.
Der bei allen Verfahren erfindungsgemäß verwendbare Indentor umfaßt
vorzugsweise einen im wesentlichen mit einer wenigstens teilweise
kugelförmigen Oberfläche ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit
diesem gekoppelt ist vorzugsweise ein Grundkörper, welcher wenigstens zum
Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht und dem Magnetisierungs-
und Messungseinrichtungen, vorzugsweise in Form von jeweils wenigstens
einer Erreger- und Meßwicklung zugeordnet sind. Grundkörper, Einwirkkörper
und die Magnetisierungs- und Meßeinrichtungen bilden vorzugsweise eine
bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als lndentorbaueinheit bezeichnet
wird und ein gemeinsames Gehäuse aufweist. Dabei wird mittels der
Indentorbaueinheit gleichzeitig eine Magnetisierung im Bereich der
Einwirkzone vorgenommen und deren Intensität gemessen. Der Eindrück- und
der Grundkörper können als bauliche Einheit oder von separaten Bauteilen,
welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden sind, gebildet werden. Die
bauliche Einheit dieser beiden Elemente stellt eine besonders vorteilhafte
Ausführung mit hohem Kompaktheitsgrad dar. In der folgenden Beschreibung
wird allgemein der Begriff Indentor verwendet, wobei unter diesem immer ein
Einwirkkörper mit in irgendeiner Weise zugeordneten Magnetisierungs- und
Meßeinrichtungen sowie einem, wenigstens teilweise aus einem
magnetisierbaren Material bestehenden Grundkörper verstanden wird. Dabei
können die Teile einzeln miteinander kombiniert sein oder aber in einer
Baueinheit zusammengefaßt werden.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur Reduzierung bzw. zum
Ausschluß von Einflüssen auf das zu erfassende Ergebnis bezüglich des
Magnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone, welche nicht vom zu
prüfenden Material stammen, der Grundkörper wie folgt ausgestaltet:
Der Grundkörper umfaßt eine Kraftaufbringvorrichtung, welche in Richtung auf die Oberfläche des zu prüfenden Materials auf den Einwirkkörper wenigstens mittelbar einwirkt und gegenüber den übrigen Bauelementen, z. B. dem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Die Kraftaufbringvorrichtung ist dabei frei von metallischen Fraktionen, welche auf die Ausrichtung eines dieses durchsetzenden Magnetfeldes Einfluß nehmen könnten und wird von einer magnetisierbaren Hülle zur Realisierung eines Magnetpols in Form eines Führungskörpers umschlossen. Die Kraftaufbringungsvorrichtung ist beispielsweise aus Keramik oder Saphir aufgebaut. Der Führungskörper besteht wenigstens teilweise aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch.
Der Grundkörper umfaßt eine Kraftaufbringvorrichtung, welche in Richtung auf die Oberfläche des zu prüfenden Materials auf den Einwirkkörper wenigstens mittelbar einwirkt und gegenüber den übrigen Bauelementen, z. B. dem Gehäuse verschiebbar geführt ist. Die Kraftaufbringvorrichtung ist dabei frei von metallischen Fraktionen, welche auf die Ausrichtung eines dieses durchsetzenden Magnetfeldes Einfluß nehmen könnten und wird von einer magnetisierbaren Hülle zur Realisierung eines Magnetpols in Form eines Führungskörpers umschlossen. Die Kraftaufbringungsvorrichtung ist beispielsweise aus Keramik oder Saphir aufgebaut. Der Führungskörper besteht wenigstens teilweise aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch.
Die Funktion des erfindungsgemäß gestalteten Indentors zur Durchführung
der erfindungsgemäßen Verfahren kann auf nachfolgend beschriebene Art
und Weise realisiert werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls
denkbar. Der wenigstens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff
ausgebildete Grundkörper erzeugt ein Magnetfeld, von welchem die
stromdurchflossene Magnetisierungswicklung durchsetzt wird. Die Gesamtzahl
der magnetischen Feldlinien, welche die Magnetisierungsspule durchsetzen,
ist der magnetische Fluß, aus welchem sich die magnetische Flußdichte
ableiten läßt. Das Verhältnis zwischen der Flußdichte und der Feldstärke läßt
sich in der Regel über die Permeabilität beschreiben, wobei deren Wert für
ferromagnetische Werkstoffe nicht konstant ist, sondern von der herrschenden
Feldstärke stark abhängig ist. Der Anteil der Flußdichte, welche mit dem
ferromagnetischen Material erzeugt wird, wird als Polarisation bezeichnet,
wobei das Verhältnis dieser Größe zur absoluten Permeabiltät des Vakuums
als Magnetisierung bezeichnet wird und sich über die Suszebilität
beschreiben läßt. Über die Magnetisierungswicklungen wird also auch die
Einwirkzone an der Oberfläche des zu prüfenden Objektes durch
Wechselwirkung mit dem Indentor von magnetischen Feldlinien und die dort
vorherrschenden Verhältnisse durchsetzt und wirken sich damit auf das um
den magnetischen Teil des Grundkörpers bestehende Magnetfeld aus, d. h.
beide überlagern sich. Diese Überlagerung kann über die Meßspule erfaßt
werden. Aus der bzw. den sich durch die Überlagerung ergebenden
Änderungen des Magnetfeldes des Grundkörpers kann auf die
Magnetisierungsintensität bzw. das Magnetisierungsverhalten in der
Einwirkzone am zu prüfenden Objekt geschlossen werden, wobei diese Größe
aus wenigstens einer, die Überlagerung wenigstens mittelbar
charakterisierenden Größe abgeleitet wird.
Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden
Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen
Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das Magnetisierungsverhalten
wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten
bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des
zu prüfenden Bauteiles:
- 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
- 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes.
Der erstgenannte Fall findet hauptsächlich zur Ermittlung des Beginns der
plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken Anwendung. Als die
das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone bei Wechselwirkung
des Indentors mit der Oberfläche des zu prüfenden Objektes wenigstens
mittelbar beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes
zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der Magnetisierung,
insbesondere der Magnetisierungsintensität des Metalls in der Einwirkzone
während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des Indentors auf bzw.
in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt, wobei bei der
einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden
Werkstoffes bereits an einer Änderung des Abhängigkeitsverlaufes
Eindrückkraft-Intensität der Magnetisierung der Beginn der plastischen
Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation festgestellt werden
kann. Damit wird es möglich, die Entstehung der plastischen Deformation,
insbesondere das zeitliche Moment der anfänglichen plastischen Deformation
noch unter der Metalloberfläche, nämlich dort wo diese durch entsprechende
Änderungen bzw. Modifikationen im Gitterbau beginnt, jedoch optisch nicht
genau erfaßbar ist, festzustellen, was die Genauigkeit der Feststellung der
mechanischen Metalleigenschaften wesentlich erhöht. Die anfängliche
Änderung des Abhängigkeitsverlaufes stellt dabei eine stärkere Änderung in
diesem dar.
Vorzugsweise wird eine mehrmalige Indentoreinwirkung angestrebt, um die
Genauigkeit zu erhöhen. Dabei werden das Eindrücken bzw. Einwirken des
Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw. Bauteiles und
die Entlastung hintereinander mit gleichzeitiger Erhöhung der maximalen
Eindrückkraft durchgeführt. Mit diesem Vorgang wird gleichzeitig die
Magnetisierung und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des
Metalls in der Einwirkzone durchgeführt und die Abhängigkeit zwischen der
Höhe bzw. der Größe der Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung
festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der
Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung die
Restmagnetisierung entsteht, was von der Entstehung einer anfänglichen
plastischen Deformation zeugt. Bei der Bestimmung der anfänglichen
plastischen Deformation wird die Erkenntnis genutzt, daß beim Einwirken
eines Indentors, insbesondere des Eindrückkörpers auf die zu prüfende
Oberfläche, in dem Bereich des Einwirkens ein Einfluß auf die Gitterstruktur
des metallischen Werkstoffes stattfindet, welcher sich in Umbauten,
insbesondere Gleitbewegungen bzw. Versetzungen äußert. Dabei kann in
diesem Bereich eine Phasenumwandlung im festen Zustand von der
Gammaphase zur Alphaphase, insbesondere von Gamma-Ferrit zum Alpha-
Ferrit, erfolgen. Letzterer weist eine geringe Gitterkonstante A auf und ein
großes spezifisches Volumen. Wie bereits ausgeführt, wird dabei die
Erkenntnis genutzt, daß die plastische Verformung zur Veränderung der
Realstruktur des Körpers eines Werkstoffes führt. Die bei diesem Verfahren
ermittelte starke Änderung der Magnetisierungintensität im Bereich der
Einwirkzone ist ein Ausdruck dieser Veränderung der Realstruktur,
insbesondere der Umwandlung von kubisch flächenzentrierten Gamma-
Mischkristallen in kubisch raumzentrierte Alpha-Mischkristalle, insbesondere
Alpha-Ferrit. Dies wird durch Gleiten einzelner Gitterebenen bedingt,
insbesondere werden beim Einwirken des Indentors im Bereich der
plastischen Verformung Teile des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft in einem
Zuge um viele Atomabstände gegeneinander verschoben, sobald die in der
Verschiebungszone wirkende Schubspannung eine gewisse Größe
überschreitet, d. h. eine Größe annimmt, die ausreicht, um die elastische
Rückstellkraft zu überwinden.
Dieses Verfahren zur zerstörungsfreien Erfassung der anfänglichen
plastischen Deformation an dem zu prüfenden Bauteil durch Erfassung der
Änderung des Abhängigkeitsverlaufes "Eindrückkraft-Intensität der
Magnetisierung" oder der Erfassung des Momentes der Entstehung der
Restmagnetisierung nach der Indentorentlastung ermöglicht es, die
Genauigkeit der Feststellung des Elastizitätsmoduls und der
Proportionalitätsgrenze sowie auch die Genauigkeit des Eindrückdiagramms
im Elastizitätsbereich und insbesondere bei geringen plastischen Deformation
wesentlich zu erhöhen.
Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch
Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung
des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert.
Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es
erforderlich, entsprechenden Vergleichswerte anhand eines Probekörpers,
welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst
der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie
das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft
bzw. eine diese charakterisierende Größe und der entsprechenden
Eindrücktiefe werden registriert, und die Verbindungen zwischen den
Spannungen und den Deformationen für den geprüften Werkstoff werden
festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper wird dabei statischer
Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der lokalen
Magnetisierungsintensität des Metalls des Probestückes unterzogen und die
Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der Intensität der
Magnetisierung und der Deformation und der Intensität der Magnetisierung
festgestellt und vorzugsweise in Referenztabellen oder Diagrammen
abgespeichert. Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw.
Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung wenigstens im
Bereich der Einwirkzone durchgeführt, wobei die lokale
Magnetisierungsintensität des Metalles in der Einwirkzone gemessen wird und
die Abhängigkeit aus der Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung
konstruiert wird. Danach werden aufgrund der am Probestück ermittelten
Werte, insbesondere der Abhängigkeiten zwischen Spannung und Intensität
der Magnetisierung und Deformation und Intensität der Magnetisierung und
der Abhängigkeiten Eindrücktiefe und Intensität der Magnetisierung des zu
prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen der Spannung und der
Deformation für den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der
Einwirkzone ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht es, die
Diagrammkonstruktion für die Metalldeformation des zu prüfenden Bauteiles
in der zu prüfenden Zone zu vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen.
Im einzelnen kann das Verfahren in folgender Weise realisiert werden:
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Intensität der Magnetisierung" und "Deformation - Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung vorgenommen sowie die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt bzw. abgeleitet.
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und Messung der Magnetisierungsintensität des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Intensität der Magnetisierung" und "Deformation - Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig die Magnetisierung vorgenommen sowie die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und der Intensität der Magnetisierung wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt bzw. abgeleitet.
Die Verwendung des beschriebenen Verfahrens ermöglicht es, den
Informationsgehalt der Eindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die
Feststellung der Abhängigkeit "Spannung - Deformation" als auch die
Kontrolle des Metallzustandes auf strukturellem Niveau gewährleistet wird,
was die Verwendung der Magnetisierungsmethode gestattet.
Des weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Methode zur Ermittlung von
mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der Abhängigkeit von Eindrückkraft
und Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone auch zur Ermittlung von
Dauerfestigkeitswerten. Dazu wird das Verfahren derart modifiziert, daß es auf
der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu prüfenden Bauteil basiert,
indem eine zyklische Beanspruchung in der Einwirkzone, mittels des
Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem zeitlichen Versatz wird die
lokale Magnetisierung vorgenommen und die Intensität der
Metallmagnetisierung in der Indentoreinwirkzone durchgeführt. Der Werkstoff-
bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei anhand der
Abhängigkeitsänderungen "Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung"
bewertet. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es damit, die
Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten
sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in
verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine
Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich
ist.
Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfassung der Dauerfestigkeitskennwerte
wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Magnetisierungs- und
Messungswicklungen auf bzw. der Einwirkkörper und der Grundkörper
werden mit diesen ausgerüstet. In der zu prüfenden Zone bzw. dem zu
prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles wird entsprechend den
modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken des Indentors
- a) zyklisch-elastisch oder
- b) elastisch-plastisch
mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt
wiederum die lokale Magnetisierung und Messung der
Magnetisierungsintensität des Metalles in der Indentoreinwirkzone, wobei die
Abhängigkeit Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung festgestellt wird
und diese Abhängigkeit periodisch, je nach der Anhäufung der Zykluszahl,
erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in der Indentoreinwirkzone an dem zu
prüfenden Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit
"Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung" sehr stark, was als
Zerstörungskriterium gewertet wird.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische
Metallfestigkeit des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor
dem Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten
Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise
die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung
abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich
klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen
Metallfestigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit
den Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden.
Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden
Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so
auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen
Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.
Alle drei beschriebenen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß mit hoher
Genauigkeit ohne Zerstörung des zu prüfenden Objektes die entsprechenden
Werkstoffkennwerte bzw. Eigenschaften auch für lokal begrenzte Zonen
ermittelt werden können. Des weiteren können die Verfahren am eingebauten
Bauteil während der Betriebsphase vorgenommen werden, wobei
insbesondere die durch den bereits erfolgten Betrieb entstandenen
Ermüdungen des Materials mit berücksichtigt werden können.
Das an einem Bauteil einsetzbare Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung
von mechanischen Werkstoffeigenschaften über das Magnetisierungsverhalten
im Bereich einer Indentoreinwirkzone kann mit anderen Verfahren in
Kombination eingesetzt werden. Vorzugsweise wird dieses in Kombination
zusammen mit einem an einem Bauteil einsetzbaren Verfahren zur
zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus
der dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens
mittelbar beschreibenden Größe(n) eingesetzt. Die Ermittlung der
mechanischen Werkstoffeigenschaften in der Einwirkzone erfolgt dabei in
Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren
- a) wenigstens mittelbar aus der Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone oder
- b) aus dem Abhängigkeitsverlauf zwischen der Eindrückkraft und der akustischen Emission der Spannungswellen in der Einwirkzone.
Bei diesem Verfahren fungiert die akustische Emission der Spannungswellen
in der Eindrückzone als Indikator. Die sich unter einer örtlichen
Beanspruchung ergebenden Gitterdehnungen, Stauchungen und
Verzerrungen bedingen - je nach Größe und Dauer dieser - eine Änderung im
Aufbau der Gitterstruktur im entsprechenden Bereich, die dann wiederum
Ausgangspunkt für Schädigungen sein kann und sich in einer Änderung des
akustischen Emissionsverhaltens niederschlägt. Aus der Abhängigkeit von
Einwirkkraft des Indentors in einer Einwirkzone und den Parametern der
akustischen Emission in diesem Bereich lassen sich dann die entsprechend
gewünschten Werkstoffkennwerte
- 1. der Beginn der plastischen Deformation;
- 2. Zugfestigkeits- und Verformungskennwerte;
- 1. 2.1 Proportionalitätsgrenze P;
- 2. 2.2 Elastizitätsgrenze E;
- 3. 2.3 Streck- oder Fließgrenze R;
- 4. 2.4 Bruchgrenze B;
- 5. 2.5 Zerreißgrenze;
- 3. die Dauerfestigkeit
zusätzlich entweder direkt, d. h. unmittelbar oder indirekt, d. h. über Vergleiche
mit Referenzwerten, welche an Probestücken des gleichen Metalls, wie des
des zu prüfenden Bauteils erfolgen, ermitteln. Die Funktion kann auf
nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert werden. Andere
Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar. Der Grundkörper erzeugt eine
Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am Grundkörper angeordnet sind,
werden die Parameter der akustischen Emission (AE), beispielsweise die
Intensität bzw. Amplitude der akustischen Emission, die Zahl der Impulse der
akustischen Emission pro Zeiteinheit, die Gesamtzahl derselben, sowie die
Energetik bzw. die Energie der akustischen Emission ermittelt.
Je nach der Art der zu ermittelnden Größe bzw. der zu ermittelnden
Werkstoffeigenschaften, insbesondere des zu ermittelnden mechanischen
Festigkeitskennwertes, und der Auswahl der das akustische Verhalten
wenigstens mittelbar beschreibenden Größe bestehen zwei Möglichkeiten
bezüglich der Häufigkeit der Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des
zu prüfenden Bauteiles:
- 1. einmalige Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objekt- bzw. Bauteiles;
- 2. mehrmalige, hintereinander vorzugsweise periodisch erfolgende Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles bzw. Objektes.
Der erstgenannte Fall findet auch hier hauptsächlich zur Ermittlung des
Beginns der plastischen Anfangsdeformation beim Indentoreindrücken
Anwendung. Als die das akustische Verhalten wenigstens mittelbar
beschreibende Größe wird die Änderung des Abhängigkeitsverlaufes
zwischen der Eindrückkraft des Indentors und der akustischen Emission,
insbesondere der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission, in
der Einwirkzone während des Indentoreinwirkens, d. h. dem Eindrücken des
Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles gewählt,
wobei bei der einmaligen Einwirkung des Indentors auf die Oberfläche des zu
prüfenden Werkstoffes bereits an der Änderung des Abhängigkeitsverlaufes
Eindrückkraft-Anzahl der Impulse der akustischen Emission der Beginn der
plastischen Deformation bzw. die anfängliche plastische Deformation
festgestellt werden kann.
Vorzugsweise wird jedoch auch hierbei eine mehrmalige Indentoreinwirkung
angestrebt, um die Genauigkeit zu erhöhen. Dabei wird das Eindrücken bzw.
Einwirken des Indentors auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektes bzw.
Bauteiles und die Entlastung hintereinander mit Erhöhung der maximalen
Eindrückkraft durchgeführt. Bei diesem Vorgang wird gleichzeitig die
Eindrückkraft und die Anzahl der Impulse der akustischen Emission
festgestellt. Dieser Prozeß des Einwirkens, insbesondere Eindrückens und der
Entlastung wird dabei so lange wiederholt, bis bei der Entlastung sprunghafte
Änderung der Anzahl der akustischen Impulse auftritt, was von der
Entstehung einer anfänglichen plastischen Deformation zeugt. Das Moment
der Entstehung der anfänglichen plastischen Deformation beim Eindrücken
kann man dann auch anhand des Abhängigkeitsverlaufes Eindrückkraft -
Gesamtzahl der akustischen Impulse bestimmen.
Die Zugfestigkeitswerte und die Dauerschwingfestigkeitswerte werden durch
Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die mehrmalige Einwirkung
des Indentors auf bzw. in die Oberfläche des zu prüfenden Objektes realisiert.
Zur Ermittlung der Kennwerte der statischen Beanspruchung ist es
erforderlich, entsprechende Vergleichswerte anhand eines Probekörpers,
welcher aus demselben Werkstoff gefertigt ist, zu ermitteln. Dazu wirkt zuerst
der Indentor auf einen Probekörper, welcher aus dem gleichen Werkstoff wie
das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil besteht, ein. Die Werte der Eindrückkraft
und der entsprechenden Eindrücktiefe werden registriert, und die
Verbindungen zwischen den Spannungen und den Deformationen für den
geprüften Werkstoff werden festgestellt. Das Probestück bzw. der Probekörper
wird dabei statischer Deformation bei gleichzeitiger des Metalls der
akustischen Emission des Probestückes unterzogen und die Abhängigkeiten
zwischen der Spannung und der Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen
Emission sowie Impuls- und Amplitudenzahl pro Zeiteinheit der akustischen
Emission festgestellt.
Danach wird der Indentor in das zu prüfende Objekt bzw. Bauteil eingedrückt
und gleichzeitig die lokale Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen
Emission in der Einwirkzone gemessen und die Abhängigkeit Eindrücktiefe
und Parameter der akustischen Emission konstruiert. Danach werden
aufgrund der am Probestück ermittelten Werte, insbesondere der
Abhängigkeiten zwischen Spannung - Impuls- und Amplitudenzahl der
akustischen Emission pro Zeiteinheit sowie Impuls- und Amplitudenzahl der
akustischen Emission sowie der Parameter der akustischen Emission des zu
prüfenden Bauteiles die Abhängigkeiten zwischen Spannung - Deformation für
den Werkstoff des zu prüfenden Bauteils im Bereich der Einwirkzone ermittelt.
Dieses Verfahren ermöglicht es ebenfalls, die Diagrammkonstruktion für die
Deformation des zu prüfenden Bauteiles in der zu prüfenden Zone zu
vereinfachen und ihre Genauigkeit zu erhöhen. Im einzelnen kann das
Verfahren in folgender Weise realisiert werden:
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Messung der Parameter der akustischen Emission des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" und "Deformation - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig das lokale akustische Verhalten in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und den Parametern der akustischen Emission wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt.
Aus dem Werkstoff des zu prüfenden Bauteiles wird ein Probekörper angefertigt und dieser Probekörper statischer Deformation bei gleichzeitiger Messung der Parameter der akustischen Emission des Probestücks sowie auch der Deformationsmessung z. B. mittels eines Dehnungsmessers unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" und "Deformation - Impuls- und Amplitudenzahl der akustischen Emission" werden festgestellt. Erst dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel, insbesondere das zu prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig das lokale akustische Verhalten in der Einwirkzone gemessen. Die Abhängigkeit aus Eindrücktiefe und den Parametern der akustischen Emission wird ermittelt. Aus den ermittelten Abhängigkeiten am zu prüfenden Bauteil sowie den mittels des Probekörpers ermittelten Referenzwerten wird die Abhängigkeit "Spannung - Deformation des Werkstoffes des zu prüfenden Bauteils" ermittelt.
Zur Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften aus der
Abhängigkeit von Eindrückkraft und Parametern der akustischen Emission in
der Einwirkzone wird zur Ermittlung von Dauerfestigkeitswerten derart
modifiziert, daß es auf der unmittelbaren Belastung des Werkstoffes am zu
prüfenden Bauteil basiert, indem eine zyklische Beanspruchung in der
Einwirkzone, mittels des Indentors erfolgt. Gleichzeitig oder mit geringem
zeitlichen Versatz werden die Parameter der akustischen Emission
aufgenommen. Der Werkstoff- bzw. Metallbeschädigungsgrad wird dabei
anhand der Abhängigkeitsänderung "Eindrückkraft - Parameter der
akustischen Emission" bewertet. Das Verfahren ermöglicht es damit, die
Dauerfestigkeitsprüfungen zu vereinfachen und die Kosten niedrig zu halten
sowie auch die Werkstoffprüfung, insbesondere Metallprüfung, in
verschiedenen Betriebsphasen durchzuführen. Dies bedeutet, daß auch eine
Berücksichtigung der bereits erfolgten Beschädigungen im Betrieb möglich
ist.
Im einzelnen wird das Verfahren zur Erfassung der Dauerfestigkeitskennwerte
wie folgt umgesetzt: Der Indentor weist Meßeinrichtungen auf bzw. der
Einwirkkörper und der Grundkörper werden mit diesen ausgerüstet. In der zu
prüfenden Zone bzw. dem zu prüfenden Bereich des zu prüfenden Bauteiles
wird entsprechend den modulierten Belastungsbedingungen das Eindrücken
des Indentors
- a) zyklisch-elastisch oder
- b) elastisch-plastisch
mit entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt. Gleichzeitig erfolgt
wiederum die Messung der Parameter der akustischen Emission in der
Indentoreinwirkzone, wobei die Abhängigkeit Eindrückkraft - Parameter der
akustischen Emission festgestellt wird und diese Abhängigkeit periodisch, je
nach der Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt wird. Bei der Anrißentstehung in
der Indentoreinwirkzone an dem zu prüfenden Werkstoff des zu prüfenden
Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit "Eindrückkraft - Parameter der
akustischen Emission" sehr stark, was als Zerstörungskriterium gewertet wird.
Der bei diesen Verfahren verwendbare Indentor umfaßt vorzugsweise
ebenfalls einen im wesentlichen mit einer kugelförmigen Oberfläche
ausgestatteten Eindrück- bzw. Einwirkkörper. Mit diesem gekoppelt ist
vorzugsweise ein Grundkörper, welchem Meßeinrichtungen für die akustische
Emission zugeordnet sind. Grundkörper und Einwirkkörper stellen
vorzugsweise eine bauliche Einheit, welche in ihrer Gesamtheit als
Indentorbaueinheit bezeichnet wird. Dabei kann mittels der Indentorbaueinheit
gleichzeitig die Eindrückkraft und Eindrücktiefe im Bereich der Einwirkzone
festgestellt und die Parameter der akustischen Emission der Schallwellen
gemessen werden. Der Eindrück- und der Grundkörper können jedoch auch
von separaten Bauteilen, welche nicht zu einer baulichen Einheit verbunden
sind, gebildet werden. Die bauliche Einheit dieser beiden Elemente in Form
der Indentorbaugruppe stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung mit
hohem Kompaktheitsgrad dar. Vorzugsweise wird zur zusätzlichen Ermittlung
der Werkstoffeigenschaften über das akustische Verhalten im Bereich der
Einwirkzone dabei die erfindungsgemäße Indentorbaueinheit zur Erfassung
der mechanischen Eigenschaften aus dem Magnetisierungsverhalten im
Bereich der Einwirkzone zusätzlich mit den Aufnahme- und Meßeinrichtungen
für die akustischen Signale ausgestattet, so daß mit einer Prüfanordnung
unabhängig voneinander wenigstens zwei Prüfmethoden angewandt werden
können, was sich in einer enormen Kompaktheit des Gesamtprüfsystems und
einen hohen Grad an möglicher Standardisierung niederschlägt.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer
erfindungsgemäß ausgestalteten kombinierten Indentorbaueinheit zur
Erfassung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus dem
Magnetisierungsverhalten und den akustischen Verhältnissen der
Oberfläche eines zu prüfenden Bauelementes;
Fig. 1b-1c in schematisch vereinfachter Darstellung einen Axialschnitt durch
eine erfindungsgemäß gestaltet Indentorbaueinheit zur Ableitung der
mechanischen Werkstoffeigenschaften aus einer das
Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens
mittelbar beschreibenden Größe und den prinipmäßigen Grundaufbau
einer derartigen Indentorbaueinheit;
Fig. 2 verdeutlicht anhand von Diagrammen die Abhängigkeiten zwischen der
Eindrückkraft und der Magnetisierungsintensität;
Fig. 3 verdeutlicht anhand von Diagrammen das Verhältnis von
Indentorbelastung und Eindrücktiefe sowie der elektrischen Signale zur
Beschreibung des Magnetisierungsverhalten für die Ermittlung des
Dauerfestigkeitsverhaltens an einem zu prüfenden Bauteil.
Die Fig. 1a verdeutlicht schematisch anhand eines Beispiels den Aufbau
einer zum erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Indentorbaugruppe und
dessen Ansetzen an die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles, wobei diese
zusätzlich mit Mitteln zur Durchführung der Erfassung der mechanischen
Eigenschaften aus dem akustischen Verhalten im Bereich der Einwirkzone
ausgestattet ist. Das zu prüfende Bauteil ist hier mit 1 bezeichnet und die
Indentorbaueinheit mit 2. Die Indentorbaueinheit 2 umfaßt einen mit
wenigstens einer teilweise kugelförmigen Oberfläche versehenen Eindrück-
bzw. Einwirkkörper 3, dem eigentlichen Indentor, wobei dessen kugelförmig
gestaltete Oberfläche die Eindringfläche beschreibt, einen Grundkörper 5,
eine Meßspule 7 und eine Erregerspule 6. Der Grundkörper 5, welcher
wenigstens zum Teil aus einem magnetischen Werkstoff besteht, wird zur
Magnetisierung der Einwirkzone genutzt. Diese ist hier mit 8 bezeichnet. Auf
den magnetischen Grundkörper bzw. mittels diesem wird der Druck auf den
Einwirkkörper 3 übertragen, so daß dieser in die Oberfläche 9 des zu
prüfenden Bauteiles 1 eindringt. Aufgrund der Druckbeanspruchung durch
den Grundkörper 5 auf die Oberfläche 9 des zu prüfenden Bauteiles 1,
welche mit zunehmender Eindringtiefe eine größere Einwirkfläche, welche
durch das Zusammenwirken der Oberfläche 4 des kugelförmigen
Grundkörpers 3 und der Verformung im Bereich der Einwirkzone 8 bestimmt
wird, wird die Realkörperstruktur im Bereich der Einwirkzone des zu
prüfenden Bauteiles 1 beeinflußt bzw. verändert.
Der Grundkörper 5 der Indentorbaueinheit 1, welcher aus einem
magnetischen Werkstoff besteht und daher ein Magnetfeld aufbaut, wird von
einem stromdurchflossenen Leiter zum Teil umschlossen, bzw. der
stromdurchflossene Leiter ist im Magnetfeld integriert, hier in Form der
Erregerspule 6. Es überlagern sich dann die Magnetfelder des magnetischen
Grundkörpers 5 und der Einwirkzone am zu prüfenden Bauteil, so daß bei
gleichbleibendem Erregerstrom eine veränderbare Spannung in der Meßspule
induziert wird. Aus dieser wird die Magnetisierungsintensität im Bereich der
Einwirkzone am zu prüfenden Objekt ermittelt.
Aus dem Zusammenhang zwischen der Eindrücktiefe des Indentors am zu
prüfenden Bauteil bzw. für den Fall der Ermittlung des
Zugfestigkeitskennwertes des weiteren unter Berücksichtigung der
Abhängigkeit der Eindringtiefe des Indentors in das Probestück und der
Magnetisierungsintensität, welche durch den Suszeptibilitäskennwert
charakterisiert ist, welcher wiederum von der Gitterstruktur bzw. den
Veränderungen in dieser abhängig ist, ergeben sich dann die einzelnen
mechanischen Werkstoffkennwerte.
Die Fig. 1b und 1c verdeutlichen neben einer möglichen Ausführung einer
Indentorbaueinheit 2 zur nur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen
Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen aus metallischen Werkstoffen,
insbesondere austenitisch und austenitisch-ferritischen Werkstoffen, aus einer
das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens
mittelbar beschreibenden Größe im Axialschnitt betrachtet den prinzipmäßigen
Grundaufbau der Indentorbaueinheit 2 in schematisch stark vereinfachter
Darstellung. Gemäß Fig. 1b ist die Indentorbaueinheit 2 im wesentlichen
rotationssymmetrisch aufgebaut, umfassend wenigstens ein, vorzugsweise
zylindrisch ausgeführtes Indentorgehäuse 10, in welchem der Grundkörper 5
oder wenigstens ein Teil des Grundkörpers 5 in Richtung der Symmetrieachse
S, welche im Prüfzustand, d. h. bei Einwirkung des Einwirkkörpers 3 der
Einwirkrichtung entspricht, verschiebbar gelagert ist. Der Grundkörper 5 kann
einteilig oder, wie in der Fig. 1b dargestellt, mehrteilig ausgeführt sein.
Dieser umfaßt im dargestellten Fall eine Führungshülse 11, welche gegenüber
dem Indentorgehäuse 10 feststehend ist und in diesem gehalten wird, sowie
einen, wenigstens mittelbar auf den Einwirkkörper 3 einwirkbaren und die
Kraft F übertragenden Übertragungskörper 12. Der Übertragungskörper 12
weist dazu vorzugsweise eine Führungsfläche 13 auf, welche komplementär
zur Oberfläche 4 des Einwirkkörpers 3 gestaltet ist und damit zur Aufnahme
und Führung des Einwirkkörpers 3 dient. Denkbar sind auch die hier nicht
dargestellten Möglichkeiten des Einsatzes einer separaten, mit dem
Übertragungskörper 12 koppelbaren Aufnahmevorrichtung für den
Einwirkkörper oder eine einteilige Ausführung als Baueinheit von
Übertragungskörper 12 und Einwirkkörper 3. Der Übertragungskörper 12
zusammen mit dem Einwirkkörper 3 in der Führungshülse in Richtung parallel
zur Symmetrieachse S, d. h. in Einwirkrichtung verschiebbar gelagert. Die
konkrete konstruktive Ausgestaltung liegt dabei im Ermessen des zuständigen
Fachmannes. Die Führbarkeit des Übertragungskörpers 12 gegenüber der
Führungshülse 11 kann beipielsweise mittels einer Gleitführung realisiert
werden. Denkbar ist auch eine formschlüssige Verbindung mit Anschlag in
Einwirkrichtung. Das Indentorgehäuse 10 umschließt desweiteren die Mittel
zur Erzeugung und wenigstens teilweise zur Erfassung einer das
Magnetisierungsverhalten in der Einwirkzone wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe, hier wenigstens die Erregerspule 6 und die Meßspule
7, bzw. die diese enthaltenden Kartuschen 14. Dabei können Meßspule 7 und
Erregerspule 6 in einer gemeinsamen Kartusche angeordnet sein, oder aber
in separaten Kartuschen.
Die in der Fig. 1b dargestellte Ausführung einer Indentorbaueinheit 2 stellt
eine Möglichkeit von vielen dar. Bezüglich der Gehäuseform gibt es keinerlei
zwingende Vorgaben. Wesentlich ist jedoch, daß die in der Fig. 1c
wiedergegebenen Bauelemente Einwirkkörper 3, Grundkörper 5, Meßspule 7
und Erregerspule 6 vorgesehen sind und in entsprechender Weise, wie in Fig.
1a beschrieben zueinander angeordnet sind, damit die erfindungsgemäßen
Funktionen erfüllbar sind. Dazu gehören die Möglichkeit des mechanischen
Einwirkens des Einwirkkörpers 3 auf die Oberfläche des zu prüfenden
Objektes, die Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich des Grundkörpers,
welches mit dem in der Einwirkzone überlagerbar ist und die Möglichkeit der
Erfassung des Magnetisierungsverhaltens in der Einwirkzone, vorzugsweise
durch Erfassung der Änderung des Magnetfeldes des Grundkörpers bei
Überlagerung mit dem Magnetfeld der Einwirkzone, beispielsweise durch
Erfassung der Größe der induzierten Spannung. Vorzugsweise werden jedoch
die einzelnen Elemente immer in einer Baueinheit zusammengefaßt, wobei
bezüglich des Aufbaus zusätzlich zur zu realisierenden Funktionsweise
keinerlei zwingende Vorgaben erforderlich sind.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es denkbar, die
Indentorbaueinheit 2 derart auszuführen, daß auch Elemente, wie sie für
andere Prüfmethoden erforderlich sind, vorgesehen werden. So ist der
Einwirkkörper 3 der Indentorbaueinheit 2 in der Fig. 1a zusätzlich noch von
einem ringförmigen Aufnahme- bzw. Meßsystem 15 für die Parameter der
akustischen Emission beim Eindrücken des Indentors 3 in der Oberfläche 9
umgeben. In diesem Schnitt der Meßvorrichtung 15 kann beispielsweise die
Zahl der Impulse der akustischen Emission sowie die Amplitude der
akustischen Emission aufgenommen werden, welche ebenfalls zur
zerstörungsfreien Ermittelung der mechanischen Werkstoffeigenschaften
herangezogen werden können. Die Funktion der Indentorbaueinheit 2 in
diesem Sinne kann auf nachfolgend beschriebene Art und Weise realisiert
werden. Andere Möglichkeiten sind jedoch ebenfalls denkbar.
Der Grundkörper erzeugt eine Eindrückkraft. Über Meßeinrichtungen, die am
Grundkörper angeordnet sind, werden die Parameter der akustischen
Emission (AE), beispielsweise die Intensität bzw. Amplitude der akustischen
Emission, die Zahl der Impulse der akustischen Emission pro Zeiteinheit, die
Gesamtzahl derselben, sowie die Energetik bzw. die Energie der akustischen
Emission ermittelt.
Die Fig. 2a und 2b verdeutlichen anhand von Diagrammen den
Zusammenhang zwischen der Eindringtiefe des Eindringkörpers 4 und der
Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone 8. Im einzelnen zeigt die Fig. 2a
den Zusammenhang zwischen der Belastung des Indentors, d. h. den durch
den Indentor auf die Einwirkzone aufgebrachten Druck bzw. die auf die
Fläche in der Einwirkzone ausgeübte Kraft und der Tiefe der Einwirkzone T.
Die Fig. 2b verdeutlicht die Größe der magnetischen Intensität in
Abhängigkeit von der Zeit des Deformationsprozesses.
Anhand dieser Diagramme werden die einzelnen Kennwertbereiche
ersichtlich. Diese sind wie folgt benannt:
- 1. I - Zone elastischer Verformung
- 2. II - Zone der anfänglichen plastischen Deformation
- 3. III - Zone der gleichförmigen plastischen Deformation
- 4. IV - Bruchzone
Für die Realisierung der Erfassung der plastischen Anfangsdeformation beim
Indentoreindrücken wird die lokale Magnetisierungsintensität während des
Eindrückvorganges des Eindrückkörpers der Indentorbaueinheit 2 in der
Einwirkzone 8 während des Eindrückens des Indentors, d. h. des
Einwirkkörpers 3 in das zu prüfende Bauteil, insbesondere den zu prüfenden
Werkstoff durchgeführt. Dabei kann eine Abhängigkeit zwischen der
Eindrückkraft und der Intensität der Magnetisierung festgestellt werden,
welche im elastischen Bereich, d. h. dem Bereich I, nahezu linear verläuft.
Diese Linearität ist in der Fig. 2b ersichtlich. Dieses Verhalten entspricht
auch dem sogenannten linearelastischen Spannungs-Dehnungsverhalten bis
zur Fließgrenze. In diesem Bereich, d. h. dem Bereich der elastischen
Verformung, wird die Realkörperstruktur durch reversible Gitterdehnungen,
Stauchungen und Verzerrungen verändert. Der Übergang zur plastischen
Verformung ist durch das Abgleiten ganzer Gitterbereiche in bevorzugten
Gleitebenen bestimmt, welche eine Auswirkung auf die
Magnetisierungsintensität haben. Der Beginn der plastischen Deformation
geht daher einher mit der Änderung des Magnetisierungsverhaltens des
Werkstoffes. Dieses Verhalten ist auch sehr deutlich dem Diagramm der Fig.
2d zu entnehmen. Im Bereich des Beginns der plastischen Deformation
verläuft die Kennlinie für die Summe der elektrischen Impulse mit verringertem
Anstieg. Durch die Einwirkung des Indentors, d. h. des Einwirkkörpers findet
eine Umwandlung im festen Zustand statt, so daß ein Übergang von Gamma-
Ferrit zum Alpha-Ferrit zu beobachten ist, wobei das Alpha-Ferrit sich durch
ein geändertes Magnetisierungsintensitätsverhalten als das Gamma-Ferrit
auszeichnet. Beschrieben kann dieses Magnetisierungsverhalten über den
sogenannten Suszeptibilitätskennwert.
Im einzelnen wird beim Verfahren zur Feststellung der plastischen
Anfangsdeformation der Indentor in die Oberfläche des zu prüfenden
Werkstoffes bzw. des zu prüfenden Bauteiles eingedrückt; es erfolgt die
Magnetisierung und die Messung der lokalen Magnetisierungsintensität des
metallischen Werkstoffes in der Einwirkzone im Verlauf des
Indentoreindrückens in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffes. Dabei
wird die Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der
Magnetisierung festgestellt, wobei der Prozeß des Eindrückens und der
Entlastung mit der Erhöhung des maximalen Wertes der Eindrückkraft bis zum
Moment der Entstehung der Restmagnetisierung nach der Indentorentlastung
periodisch wiederholt wird. Das Moment der Entstehung der
Restmagnetisierung wird für das Moment der Entstehung der anfänglichen
plastischen Deformation gehalten. Vorzugsweise wird das Verfahren dazu, wie
eben beschrieben, durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, das
Entstehungsmoment der anfänglichen plastischen Deformation mittels des
einmaligen Eindrückens des Indentors an der Veränderung des
Abhängigskeitsverlaufes Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung
festzustellen.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in
der Realisierung des Feststellungsverfahrens für die Charakteristiken der
mechanischen Metalleigenschaften in den zu prüfenden Bauteilen,
insbesondere den Kennwerten, welche in der Regel mittels eines
Zugversuches ermittelt werden. Dieses Verfahren wird in zwei Etappen
durchgeführt. Zuerst wird ein Probekörper aus dem Material des zu prüfenden
Bauteils hergestellt, auf dessen Oberfläche der Indentor einwirkt. Dabei wird
die Eindrückkraft und die entsprechende Eindrücktiefe auf der Feststellung
der Verbindung zwischen den Spannungen und Deformationen für das
geprüfte Metall des zu prüfenden Bauteiles ermittelt. Der zu prüfende
Probekörper wird statischer Deformation bei gleichzeitiger Magnetisierung und
Messung der Metallmagnetisierungsintensität des Probekörpers bzw. in der
Einwirkzone am Probekörper ausgesetzt und gleichzeitig wird auch eine
Deformationsmessung des Probekörpers mittels des Dehnungsmessers
unterzogen. Die Abhängigkeiten "Spannung - Intensität der Magnetisierung"
und "Deformation - Intensität der Magnetisierung" werden festgestellt und
erfaßt. Dann wird der Indentor in den zu prüfenden Artikel bzw. das zu
prüfende Bauteil eingedrückt und gleichzeitig magnetisiert und die Messung
der lokalen Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone durchgeführt. Die
Abhängigkeit Eindrücktiefe und Intensität der Magnetisierung wird erfaßt.
Mittels der bereits für den Probekörper ermittelten Abhängigkeiten "Spannung
- Intensität der Magnetisierung" und "Deformation - Intensität der
Magnetisierung" und der am zu prüfenden Bauteil erhaltenen Abhängigkeit
Eindrücktiefe - Intensität der Magnetisierung, wird die Abhängigkeit zwischen
der Spannung und der Deformation für den metallischen Werkstoff des zu
prüfenden Bauteils festgestellt. Dieses Verfahren ermöglicht es, den
Informationsgehalt der Eindrückmethode wesentlich zu erhöhen, wobei die
Feststellung der Abhängigkeit Spannung - Deformation als auch die Kontrolle
des Metallzustandes auf strukturellem Niveau gewährleistet wird, was die
Verwendung der Magnetisierungsmethode gestattet.
In den dargestellten Schaubildern ist der Bereich II die Zone der anfänglichen
plastischen Deformation und mit III ist die Zone der gleichförmigen
plastischen Verformung gekennzeichnet. Die Bruchgrenze kann durch
Feststellung einer erhöhten Amplitude entsprechend der Fig. 2e erfaßt
werden. Ersichtlich aus der Fig. 2d ist, daß zwischen den einzelnen Zonen
insbesondere an den Bereichen für spezifische Werkstoffkennwerte,
beispielsweise die Bruchgrenze oder die Zerreißfestigkeit RM sowie den
Bereich des Ermüdungsbruches starke Änderungen im
Magnetisierungsverlauf zu verzeichnen sind.
Der Elastizitätsmodul E wird dabei entsprechend dem Verfahren zur Erfassung
des Beginns der anfänglichen plastischen Deformation bestimmt. Die
Kennwerte für die Streck- bzw. Fließgrenze sowie die Bruchgrenze B und die
Zerreißgrenze Z werden mittels des zweistufigen zweiten Verfahrens ermittelt,
wobei in diesem Fall eine entsprechende Deformation und eine Ermittlung von
Vergleichswerten an einem Probekörper erfolgen muß.
Der dritte Einsatzfall des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der
Ermittlung des Dauerfestigkeitsverhaltens an einem Probestück. Dieser
Bereich, welcher ermittelt werden soll, ist im dargestellten Fall in den Fig.
2a-2e mit IV bezeichnet. Fig. 3 verdeutlicht anhand von Diagrammen das
Verhältnis von Indentorbelastung und Eindrücktiefe T sowie der elektrischen
Signale zur Beschreibung des Magnetisierungsverhaltens, hier des in der
Meßeinrichtung induzierten Spannungswertes, welcher proportional zur
Magnetisierungsintensität ist. Dazu wird entsprechend Fig. 3a eine zyklische
Belastung p auf das zu prüfende Bauteil eingebracht. Die zyklische Belastung
des zu prüfenden Bauteils erfolgt im gewünschten Bereich mittels des
Indentors vorzugsweise periodisch, d. h. innerhalb einer bestimmten Zeit t in
einer bestimmten Anzahl N. Gleichzeitig wird lokal, d. h. im Bereich der
Einwirkzone magnetisiert und die Intensität der Metallmagnetisierung in der
Indentoreinwirkzone ermittelt, wobei der Metallbeschädigungsgrad anhand
einer Abhängigkeitsänderung Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung
bewertet wird. Dies bedeutet im einzelnen, daß entsprechend den
erforderlichen Belastungsbedingungen in der geprüften Konstruktionszone
das zyklisch-elastische oder elastisch-plastische Indentoreindrücken mit
entsprechender Frequenz und Amplitude durchgeführt wird. Gleichzeitig wird
die lokale Magnetisierung vorgenommen und die Erfassung
Magnetisierungsintensität des Metalls in der Indentoreinwirkzone durchgeführt.
Die Abhängigkeit zwischen der Eindrückkraft und der Intensität der
Magnetisierung wird festgestellt und diese Abhängigkeit periodisch je nach
Anhäufung der Zykluszahl aufgeschrieben. Diese Abhängigkeit ist in der Fig.
3b dargestellt. Bei der Anrißentstehung in der Einwirkzone des Indentors auf
die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles ändert sich die Abhängigkeit
Eindrückkraft - Intensität der Magnetisierung sehr stark, was ein
Zerstörungskriterium ist. Im dargestellten Fall ist diese Änderung in einem
Bereich D sehr stark zu verzeichnen.
Die Fig. 2c bis 2e verdeutlichen dabei die mit dem zusätzlich durchgeführten
Verfahren zur Ableitung der mechanischen Werkstoffeigenschaften aus den
akustischen Verhältnissen im Bereich der Einwirkzone ermittelten Kennlinien.
Die Fig. 2c verdeutlicht die Anzahl der ermittelten akustischen Impulse über
die Deformationszeit, die Fig. 2d die Summe der Anzahl der Impulse über
die Deformationszeit und in der Fig. 2e ist jeweils die Amplitude aufgetragen.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es somit, die zyklische Festigkeit
des zu prüfenden Bauteiles in den zu prüfenden Zonen vor dem
Betriebsbeginn, im Laufe des Betriebes und nach der geplanten
Betriebsdauer des zu prüfenden Bauteiles zu bewerten und auf diese Weise
die Restbetriebsdauer nach dem Kriterium der Ermüdungsrißentstehung
abzuschätzen. Da der Eindruck und die in ihm entstehenden Anrisse ziemlich
klein sind, ist das vorgeschlagene Feststellungsverfahren der zyklischen
Festigkeit von Bauteilen praktisch zerstörungsfrei. Die Eindruckzone mit den
Ermüdungsrissen kann danach z. B. durch Verschleifen beseitigt werden.
Damit kann der Ermüdungssicherheitsgrad unmittelbar am zu prüfenden
Werkstoff während einer beliebigen Betriebsphase festgestellt werden und so
auf sehr einfache Art und Weise das Bewertungsproblem der zyklischen
Restbetriebsdauer des geprüften Bauteiles gelöst werden.
Claims (18)
1. Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen
Werkstoffeigenschaften von Objektbereichen aus metallischen
Werkstoffen, insbesondere austenitisch und austenitisch-ferritischen
Werkstoffen,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- - bei welchem mit einem Indentor auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches mechanisch eingewirkt wird;
- - bei welchem die mechanischen Eigenschaften aus einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das
Magnetisierungsverhalten wenigstens mittelbar beschreibende Größe
durch die Größe der Magnetisierungsintensität in Abhängigkeit von der
Einwirktiefe und/oder Belastung durch den Indentor bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die das Magnetisierungsverhalten wenigstens
mittelbar beschreibende Größe durch die Änderung der
Magnetisierungsintensität in Abhängigkeit von der Einwirktiefe und/oder
der Belastung durch den Indentor bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß während der Einwirkzeit des Indentors an der Oberfläche des zu
prüfenden Objektbereiches dieser Bereich magnetisiert wird und die
Magnetisierungsintensität ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 5.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der anfänglichen plastischen Deformation der Indentor in die Oberfläche des zu prüfenden Bauteiles wiederholt unter Erhöhung der maximalen Eindrückkraft eingedrückt wird und wieder entlastet wird;
- 2. 5.2 bei welchem die Abhängigkeit der Eindrückkraft von der Intensität der Magnetisierung ermittelt wird;
- 3. 5.3 bei welchem das Moment der Entstehung des Restmagnetismus als Indikator für die anfängliche plastische Deformation genutzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 6.1 bei welchem zum Zweck der Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der plastischen Deformation der Indentor auf die Oberfläche einmalig einwirkt und während dieser Einwirkung die Einwirkzone magnetisiert wird;
- 2. 6.2 bei welchem die Magnetisierungsintensität ermittelt wird und eine Änderung des Verlaufs der Magnetisierungsintensität als Indikator für die plastische Deformation verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 7.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaften der Zugfestigkeitskennwerte Referenzwerte für einen Probekörper aus dem Werkstoff des zu prüfenden Objektes ermittelt werden, indem dieser erhöhten Spannungen bis zur Zerstörung ausgesetzt wird, wobei die Abhängigkeit zwischen den Größen Spannung und Intensität der Magnetisierung und den Größen Deformation und Intensität der Magnetisierung festgestellt und erfaßt wird;
- 2. 7.2 bei welchem der Indentor in das zu prüfende Objekt eingedrückt und gleichzeitig die Einwirkzone magnetisiert wird;
- 3. 7.3 bei welchem die lokale Magnetisierungsintensität in der Einwirkzone ermittelt wird und die Abhängigkeit zwischen der Einwirktiefe und der Intensität der Magnetisierung erfaßt wird;
- 4. 7.4 bei welchem die Abhängigkeit Spannung - Deformation am zu prüfenden Objekt aus den ermittelten Abhängigkeiten zwischen Eindrücktiefe - Intensität der Magnetisierung am zu prüfenden Objekt und den am Probekörper ermittelten Größen
- - Spannung und Intensität der Magnetisierung und
- - Deformation und Intensität der Magnetisierung,
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 8.1 bei welchem zur Ermittlung der mechanischen Werkstoffeigenschaft der Dauerfestigkeit am zu prüfenden Objekt der Indentor mehrmalig einwirkt und die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und der Intensität der Magnetisierung ermittelt wird;
- 2. 8.2 die Abhängigkeit zwischen der Einwirkkraft und der Intensität der Magnetisierung wird periodisch, je nach Anhäufung der Zykluszahl, erfaßt;
- 3. 8.3 eine starke Änderung der Abhängigkeit Einwirkkraft - Intensität der Magnetisierung wird als Indikator für den Beginn der Zerstörung verwendet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 9.1 bei welchem mit dem Indentor periodisch auf die Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches eingewirkt wird;
- 2. 9.2 bei welchem zwischen den Einwirkimpulsen des Indentors die Änderung der Restmagnetisierung im Bereich der Einwirkzone des Indentors auf die zu prüfende Oberfläche des zu prüfenden Objektbereiches erfaßt wird;
- 3. 9.3 bei welchem die mechanischen Eigenschaften aus der Änderung des Restmagnetisierungsverhaltens im Bereich der Einwirkzone ermittelt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
bei welchem die Änderung des Restmagnetisierungsverhaltens im Verlauf des periodischen Einwirkens des Indentors durch die Erhöhung der Amplitude des durch die Restmagnetisierung bedingten Stromes erfolgt.
bei welchem die Änderung des Restmagnetisierungsverhaltens im Verlauf des periodischen Einwirkens des Indentors durch die Erhöhung der Amplitude des durch die Restmagnetisierung bedingten Stromes erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß dieses in Kombination mit weiteren Verfahren zur
zerstörungsfreien Ermittlung von Werkstoffeigenschaften eingesetzt
wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Einwirkung des lndentors auf die Oberfläche des zu prüfenden
Objektbereiches die mechanischen Eigenschaften zusätzlich aus einer,
das akustische Verhalten in der Einwirkzone wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe ermittelt werden.
13. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen
Werkstoffeigenschaften
- 1. 13.1 mit einer Indentorbaueinheit, umfassend wenigstens einen Einwirkkörper und einem wenigstens teilweise aus magnetischem Material bestehenden Grundkörper, welcher dem Einwirkkörper zugeordnet ist und ein Magnetfeld aufbaut;
- 2. 13.2 mit wenigstens einer, von einem Strom durchfließbaren Erregerwicklung, welche im Bereich des Magnetfeldes angeordnet ist und die ein Magnetfeld aufbaut, mittels welchem der Bereich der Einwirkzone magnetisierbar ist;
- 3. 13.3 Mittel zur Erfassung einer das Magnetisierungsverhalten im Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe.
14. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen
Werkstoffeigenschaften nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel zur Erfassung einer das Magnetisierungsverhalten im
Bereich der Einwirkzone wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
eine Einrichtung zur Erfassung einer in der vom Strom durchflossenen
Wicklung induzierten Spannung aufweisen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung wenigstens eine Meßspule umfaßt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Grundkörper ein Führungselement und eine
Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Kraftaufbringung auf den
Einwirkkörper umfaßt und das Führungselement die Einrichtung zur
Kraftaufbringung wenigstens teilweise umschließt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Führungselement aus einem Karbid-Wolfram-Gemisch besteht.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Kraftaufbringung aus Keramik
besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999104414 DE19904414C2 (de) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999104414 DE19904414C2 (de) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19904414A1 true DE19904414A1 (de) | 2000-08-24 |
DE19904414C2 DE19904414C2 (de) | 2003-12-18 |
Family
ID=7896352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999104414 Expired - Lifetime DE19904414C2 (de) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19904414C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108548740A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-09-18 | 杭州电子科技大学 | 基于磁异检测的硬度识别装置 |
JP2020186921A (ja) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材の表層の検査方法及び鋼材表層検査システム |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2765340C1 (ru) * | 2021-04-14 | 2022-01-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ определения предела выносливости материала цилиндрической детали при кручении |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1789196A (en) * | 1925-02-05 | 1931-01-13 | Gen Electric | Apparatus for testing metals |
DE1169158B (de) * | 1959-07-24 | 1964-04-30 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Verfahren zum Bestimmen der Einhaertetiefe an Gegenstaenden aus ferromagnetischem Werkstoff |
US4852397A (en) * | 1988-01-15 | 1989-08-01 | Haggag Fahmy M | Field indentation microprobe for structural integrity evaluation |
-
1999
- 1999-02-04 DE DE1999104414 patent/DE19904414C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1789196A (en) * | 1925-02-05 | 1931-01-13 | Gen Electric | Apparatus for testing metals |
DE1169158B (de) * | 1959-07-24 | 1964-04-30 | Deutsche Edelstahlwerke Ag | Verfahren zum Bestimmen der Einhaertetiefe an Gegenstaenden aus ferromagnetischem Werkstoff |
US4852397A (en) * | 1988-01-15 | 1989-08-01 | Haggag Fahmy M | Field indentation microprobe for structural integrity evaluation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z.: Materialprüfung 40 (1998) 10, S. 420-423, K. Richter u. U. Hofmann, "Härte von Grobblechen zerstörungsfrei messen" * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108548740A (zh) * | 2018-01-17 | 2018-09-18 | 杭州电子科技大学 | 基于磁异检测的硬度识别装置 |
CN108548740B (zh) * | 2018-01-17 | 2020-07-28 | 杭州电子科技大学 | 基于磁异检测的硬度识别装置 |
JP2020186921A (ja) * | 2019-05-10 | 2020-11-19 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材の表層の検査方法及び鋼材表層検査システム |
JP7265139B2 (ja) | 2019-05-10 | 2023-04-26 | 日本製鉄株式会社 | 鋼材の表層の検査方法及び鋼材表層検査システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19904414C2 (de) | 2003-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0287873B1 (de) | Messverfahren zur Messung und genauen Lokalisierung von Zugeigenspannungen in gehärteten Bereichen von Bauteilen | |
EP0491002B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Ermittlung des Vorspannungszustandes ferromagnetischer Verbindungselemente | |
DE2534207A1 (de) | Verfahren zum pruefen und messen von oberflaecheneigenschaften fester koerper, sowie einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens | |
DE102010041461A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Prüfkörpers mit einem additiven Fertigungsverfahren, Prüfverfahren für ein solches additives Fertigungsverfahren und CAD-Datensatz für einen solchen Prüfkörper | |
DE102010006406A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Fügequalität einer Fügeverbindung | |
DE2857236A1 (de) | Method and device for measuring or detecting a mechanical change of state or its time derivative | |
DE19904414C2 (de) | Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften von Bauteilen aus metallischen Werkstoffen | |
DE68908363T2 (de) | Verfahren zur bestimmung biaxialer beanspruchung in ferromagnetischen materialien. | |
DE102007001464A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer und/oder des Ermüdungszustandes von Bauteilen | |
DE3404232C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Materialeigenschaften und Materialzuständen von Ferromagnetika | |
EP3217159A1 (de) | Verfahren zur ermittlung der neutraltemperatur in langgestreckten werkstücken | |
DE19904426A1 (de) | Verfahren zur zerstörungsfreien Ermittlung von mechanischen Werkstoffeigenschaften an Bauteilen beliebiger Werkstoffe | |
DE102014206373B4 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Klemmkraft einer Nietverbindung | |
AT504137B1 (de) | Einrichtung zur messung | |
DE10016468C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Laufzeitmessung von Schallimpulsen in einem magnetoelastischen Werkstück | |
DE102016221651A1 (de) | Test-Coupon und Testverfahren | |
DE3105002A1 (de) | Vorrichtung zur zerstoerungsfreien messung der dicke einer oberflaechenschicht | |
DE102020214084A1 (de) | Bauteil und Verfahren zur elektromagnetischen Überwachung eines Bauteilzustands | |
DE102015001743A1 (de) | Prüfverfahren | |
DE102009014530A1 (de) | Probestab für eine Werkstoffprüfmaschine | |
DE3129998C2 (de) | "Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Messung des Ansprechdruckes von Umkehrberstscheiben" | |
DE102021110881A1 (de) | Verfahren zur Qualifizierung einer Oberflächenbeschaffenheit von magnetisierbaren Prüfkörpern | |
DE102006051573B4 (de) | Einrichtung zur Überprüfung von durch Anodisierung, insbesondere durch TSA-Anodisierung beschichteten Leichtmetallteilen, insbesondere Aluminiumbauteilen | |
AT389945B (de) | Verfahren zum ermitteln von fuer die metallurgischen und/oder mechanischen eigenschaften eines magnetisierbaren prueflings massgeblichen parametern auf zerstoerungsfreiem, magnetinduktivem wege, sowie einrichtung zum ausueben dieses verfahrens | |
DE102004039672B3 (de) | Verfahren zur Prüfung der Haftfestigkeit zwischen einer piezokeramischen Schicht und einer Innenelektrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |