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25.03.2015

Mobile Härtemessung mit Prüfgrät von Newsonic

Warenausgangskontrolle für Automobilteile

Mobile Härtemessung mit Prüfgrät (Foto: Newsonic)

Bei Benteler Automotive, Raufoss, Norwegen, wurde in einem Außenlager die Härte fertiger Alu-Stoßfänger mit dem mobilen Härteprüfgerät Sonodur 2 von Newsonic, Reutlingen, geprüft.

Das Profilblech der Stoßfänger-Rohlinge war circa 2 mm dünn und lag gemäß DIN 50159-1 unterhalb des möglichen Dickenbereichs. Das Ankoppeln an Unterlagen zur Vermeidung von möglichen Beeinflussungen durch Resonanz-Schwingungen schied aufgrund der komplexen Geometrie und Struktur aus. Die bei Benteler übliche HV10-Prüfung war daher mit HV10UCI nicht sinnvoll. Aufgrund der geringeren Einkopplung von Ultraschall-Energie und der besseren Handhabbarkeit wurde eine Handsonde mit HV1UCI gewählt.

Durch den Verarbeitungsprozess weisen die Aluminium-Profile eine gewisse Steifigkeit auf. Diese erlaubt auch bei einer Dickenunterschreitung gemäß Norm an bestimmten Stellen noch sinnvolle Messungen. Im Gegensatz zu anderen mobilen Verfahren zeigen UCI-Geräte an freischwingenden dünnen Teilen i. d. R. so falsche Messwerte an, dass diese sich einfach erkennen lassen. An diesen Stellen ist eine Prüfung dann nicht sinnvoll, und man muss eine andere geeignete Stelle suchen. Diese Effekte sind tatsächlich lokal eingrenzbar und damit beherrschbar.

Zur Vorbereitung wurden in der Qualitätsstelle zunächst an drei gekühlten Aluminium-Härtevergleichsplatten (146, 105, 68 HV10) jeweils fünf Vergleichsprüfungen mit dem Härteprüfgerät ausgeführt und eine gemeinsame CAL-Zahl berechnet. Diese Zahl wurde so lange variiert und die gemessenen Werte neu berechnet, bis die bestmögliche Anpassung erreicht war. Erste Testprüfungen erfolgten an einem Musterbauteil.

Mobile Handmessung bevorzugt

Die eigentlichen Messungen erfolgten dann im Außenlager des Werks bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt. Die Stoßfänger lagen dabei in Drahtkörben gestapelt übereinander. Eine Messposition war neben dem Sägeschnitt. Andere Messpositionen wurden so gewählt, dass mit der klassischen Vickers-Methode Vergleichsprüfungen durchgeführt werden konnten.

Die UCI-Härteprüfung (Ultrasonic Contact Impedance) ist in der stahlverarbeitenden Industrie eine weit verbreitete Prüfmethode z. B. zur Qualitätssicherung nach dem Wärmebehandlungsprozess. Dabei wird die schnelle Prüfung mit mobilen Handmesssonden geschätzt. Die spezielle Messmethode der Ultraschall-Frequenzverschiebung an einem Schwingstab, verursacht durch das Eindrücken eines Vickers-Diamanten in das Material, erlaubt die Berechnung der Oberflächen-Härte über die Justierung an Referenzteilen (Härtevergleichsplatten).

E-Modul beeinflusst Messung

Das Härteprüfgerät wird bei Newsonic zwischen 130 und ca. 900 HV an mehreren Stahl-Härtevergleichsplatten kalibriert. So kann später aus der Prüfung der Frequenzverschiebung an einem Stahlteil durch Vergleich mit der in der Sonde gespeicherten Referenzkurve sofort die Vickers-Härte angezeigt werden. Dies funktioniert an den meisten Stählen mit einem E-Modul im Bereich von 200 GPa, ohne dass besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen. Andere Materialien wie Eisenguss, Kupfer, Aluminium o. Ä. haben einen kleineren E-Modul (70 GPa für Alu) und verursachen somit durch die geringere Kopplung mit dem schwingenden System aus Resonanzstab und Vickers-Diamanten ein vergleichsweise kleines Messsignal. Dieses würde zu einem falschen Härtewert bei Verwendung der Stahl-Justierkurve führen.

Der Einfluss des E-Moduls auf die Messung ist bei den mobilen Härteprüfgeräten schon lange bekannt. Je nach Verfahren (Leeb, Kleinlast-Rockwell, UCI usw.) und Hersteller werden zur Berücksichtigung dieses Einflusses unterschiedliche Wege beschritten. Bei Geräten der Sonodur-Reihe wird die Stahlkurve durch eine UCI-Referenzprüfung auf dem fraglichen Material, wie hier Aluminium, über eine sogenannte Kalibrierzahl, z. B. "CAL = –8350", neu berechnet und daraus dann die Härte von Aluminium bestimmt.

Die Kalibrierzahl wird üblicherweise im Gerät unter einem Namen, der die Prüfaufgabe beschreibt, neben anderen Informationen zum Prüfprozess abgespeichert und kann dann jederzeit wieder ins Gerät eingelesen werden. Dieser Vorgang des Justierens muss also nur einmal durchgeführt werden. Allerdings erfordert dieses Vorgehen eine sehr stabile, driftfreie Härteprüfsonde. Der obige Zahlenwert (CAL = –8350) wurde daher in die Umwertungstabellen der klassischen Härte-Härte (EN ISO 18265-2014, ASTM-E140-2012 usw.) für Aluminium zur Kompensation des E-Modul-Einflusses übernommen und lässt sich in vielen Fällen direkt verwenden.

Newsonic GmbH:
www.newsonic.de
Control, Halle 5, Stand 5301

Unternehmensinformation

NewSonic GmbH

Unter den Linden 15
DE 72762 Reutlingen
Tel.: 7121 270654
Fax: 3222 2469551

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