Entmagnetisierung in der Härteprüfung

Härteprüfung mechanischer Bauteile

In der Industrie, im Automobilbereich und in vielen weiteren Branchen werden mechanische Bauteile mit spezifischen Materialeigenschaften eingesetzt. Diese Bauteile werden unter anderem mit den Eigenschaften der Legierung, der Oberflächengüte oder Härte so ausgelegt, dass sie im Einsatz optimal funktionieren und den Anforderungen der Anwendung standhalten. Aufgrund von Prozessschwankungen in der automatisierten Produktion kommt es jedoch vor, dass diese Eigenschaften abweichen, bis zu dem Punkt, dass das Bauteil die entscheidenden Anforderungen nicht mehr erfüllt.

Härteprüfverfahren für die automatisierte Produktion

Eine Bauteileigenschaft mit ausschlaggebendem Einfluss auf die Materialqualität ist die Härte. In der Industrie werden spezifische Härteverfahren angewendet, die auf das spezifische Bauteil und dessen Anforderungen abgestimmt sind. Ein konstanter Härteprozess ist entscheidend, bei dem unter anderem die Zieltemperatur im Härteofen erreicht wird und innerhalb des Ofens nicht streut. Variiert der Härteprozess beispielsweise aufgrund veränderter oder falscher Prozessparameter, kann das auf die spezifizierte Härte große Auswirkungen haben. Die Härte dieser Bauteile weicht in diesen Fällen sehr stark von der Spezifikation ab. Dies betrifft sowohl die absoluten Werte als auch die Streuung von Bauteil zu Bauteil. 

Härteprüfmethoden im Überblick

Die Industrie hat unterschiedliche Härtemessverfahren etabliert. Häufig Anwendung finden beispielsweise die Messverfahren nach Vickers, Rockwell oder Brinell. Nicht alle Härteprüfverfahren eignen sich zum Einsatz in der Serienproduktion. Kritische Parameter in einer Serienproduktion sind die einzuhaltende Taktzeit möglichste geringe Beschädigungen des Bauteils bzw. eine absolute Freiheit von Beschädigungen. Bei dieser sogenannten zerstörungsfreien Härteprüfung kommen Wirbelstromgeräte zum Einsatz. Messung und Prüfung unterschieden sich dadurch, dass Messungen auf einen ISO-Standard zurückgeführt werden können.

Härteprüfung mit Wirbelstromprüfgeräten

Jeder ferromagnetische Werkstoff hat einen eindeutigen magnetischen Fingerabdruck seiner Permeabilität bei verschiedenen Frequenzen. Dieser magnetische Fingerabdruck verändert sich mit den Härteeigenschaften eines Materials. Durch die Anwendung magnetischer Wechselfelder und der damit verbunden materialspezifischen Antwort bestimmt man, bei bekannten Materialbedingungen, die Härte einer metallischen Legierung. Voraussetzung ist, dass bekannte Materialwerte als Referenz vorliegen. Mit diesen wird eine Korrelation zwischen den Härtewerten und den magnetischen Werten hergestellt. Auf dem Markt sind verschiedene Methoden und Geräte zur Bestimmung der Härte metallischer Legierungen verfügbar. 

Herausforderungen bei der Härteprüfung mit Wirbelstromprüfgeräten

Die Härteprüfung mit Wirbelstromprüfgeräten hat die entscheidenden Vorteile, zerstörungsfrei zu prüfen und mit Taktraten im Millisekundenbereich zu arbeiten. In den letzten Jahrzehnten hat sich das Verfahren in der Produktion etabliert. Für aussagekräftige Ergebnisse erfordert der Einsatz des Wirbelstromverfahrens bestimmte Randbedingungen. So sind beispielsweise eine konstante Prüfteilpositionierung und Prüfgeschwindigkeit, ein reproduzierbarer Prüfprozess als auch möglichst geringe Restmagnetfelder vorausgesetzt.

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Entmagnetisierung von Bauteilen in der Härteprüfung

Um mit Wirbelstromprüfgeräten an ferromagnetischen Bauteilen die Härte oder Einhärtetiefe zu prüfen, ist es empfohlen, dass die Bauteile vor der eigentlichen Prüfung entmagnetisiert werden. Die Entmagnetisierung ist erforderlich, um die im Material vorhandenen Magnetfelder auszuräumen, die den magnetischen Feldern der Wirbelstromsonde entgegenwirken. Diese Wechselwirkung kann die Prüfung so stark beeinflussen, dass die Prüfergebnisse die Sortierschwelle überschreiten und das Prüfstück trotz seiner hinreichenden Eigenschaften als Schlechtteil deklariert wird. Damit wird der Pseudoausschuss der Produktion erhöht.

Für eine Entmagnetisierung werden in der Regel sehr starke magnetische Wechselfelder mit abklingender Amplitude und veränderlichen Frequenz in das Bauteil eingebracht. Mit dieser Entmagnetisierungssequenz durchläuft das Prüfteil eine Entmagnetisierungsschlaufe, die immer kleiner wird. Der Prozess wird beendet, wenn das im Bauteil zurückbleibende Magnetfeld die Härteprüfung nicht mehr beeinträchtigt. Das Bauteil vollständig vom Magnetfeld zu befreien ist selten gänzlich möglich. In den meisten Fällen ist es ausreichend, das Magnetfeld auf die Größe des Erdmagnetfeldes zu reduzieren. Manche Bauteile beinhalten magnetische Spots oder Felder in verschiedenen Wirkungsachsen des Magnetfeldes. Beim Bedarf hoher Präzision bzgl. der Entmagnetisierung ist es daher von Vorteil, das Bauteil in verschiedenen Ausrichtungen in der Entmagnetisierungsspule einzulegen. In automatisierten Prozessen ist dies in der Regel nicht möglich.

Bei Materialien mit einer sehr großen Remanenz kann es vorkommen, dass auch nach einer intensiven Entmagnetisierung noch größere Restmagnetfelder bestehen. Mit Magnetfeldsonden können diese erkannt und in einem gesonderten Verfahren geprüft werden.

Die Firma Cestriom mit ihrem Gründer Marek Rohner ist ein Spezialist bei der Entmagnetisierung von Bauteilen. Gemeinsam mit der Firma FOERSTER hat Cestriom die Entmagentisierungseinheit ZMAG entwickelt, welches den Anforderungen der Serienproduktion an die Entmagnetisierung von Komponenten gerecht wird.