Wärmebehandlung

Kontrolliertes Bainitisieren trumpft in puncto Wirtschaftlichkeit auf

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Im Gegensatz zu Perlit, der bei hoher Temperatur entsteht, wird Bainit als ein nichtlamellares, nichtkooperatives eutektoidisches Zweiphasen-Produkt beschrieben [8]. Die Gefügebilder im Bild 3 zeigen, wie mit Beginn der Umwandlung feine Nadelstrukturen ausgeschieden werden und mit zunehmender Behandlungsdauer immer mehr werden, bis schließlich dieser Prozess vollständig abgeschlossen ist [9 und 10].

Magnetisches Werkstoffverhalten ist Basis für das Messprinzip

Um die Bainitumwandlung kontinuierlich zu kontrollieren, wurde ein Messsystem entwickelt, das auf der Harmonischen-Analyse von Wirbelstromsignalen basiert [11 und 12]. Damit können die Veränderungen der magnetischen und elektrischen Werkstoffeigenschaften während des Umwandlungsprozesses automatisch erfasst werden. Aufgrund der großen Änderung des magnetischen Werkstoffverhaltens, die aus dem Übergang vom paramagnetischen Austenit zum ferromagnetischen Bainit resultiert, ist das Messsystem zur Erfassung der Bainitumwandlung qualifiziert.

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Bild 4 zeigt am Beispiel zweier Werkstoffe den Umwandlungsverlauf, der vom entwickelten Wirbelstrom-Messsystem erfasst wird. Nach einer Inkubationsphase beginnt die Umwandlung langsam, um dann zu beschleunigen, bis rund 50% des Gefüges umgewandelt sind. Im weiteren Verlauf verzögert sich die Umwandlung wieder zunehmend, um dann schließlich langsam auszulaufen [5].

Sensor erasst elektrische und magnetische Eigenschaften der Probe beim Bainitisieren

Der Sensor besteht aus einer Erregerspule, die bei einer definierten Frequenz ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt, mit dem das Werkstück beaufschlagt wird. Durch dieses Wechselfeld werden Ummagnetisierungsvorgänge und Wirbelströme im Prüfkörper generiert, die ein gegenläufiges Sekundärfeld erzeugen. Dieses sekundäre Magnetfeld wird von einer Messspule im Sensor erfasst (Bild 5). Auf diese Weise können Informationen über die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Probe gewonnen werden.

Das Messsignal wird mit Hilfe einer schnellen Fourier-Transformation hinsichtlich der harmonischen Signalanteile analysiert, wobei insbesondere die Höherharmonischen mit der Hysteresekurve im Zusammenhang stehen und Informationen über die ferromagnetischen Werkstoffeigenschaften liefern [13]. Zur Erfassung des Umwandlungsvorgangs im Bauteil wurden verschiedene Wirbelstromsensoren über ihre Bauform an die Bauteilgeometrie angepasst und im Bainitisierungsbad im Temperaturbereich von 200 bis 400 °C erprobt.

Sensor zum Bainitisieren umfassend geprüft

Mit dem Bainitsensor wurden umfangreiche Untersuchungen vorgenommen, um die Bainitumwandlung online an verschiedenen Stählen sowie bei unterschiedlichen Umwandlungs- und Austenitisierungstemperaturen zu überprüfen, zu qualifizieren und zu quantifizieren. Beispiele möglicher Bauteilanwendungen sind in Bild 6 illustriert [14 bis 17].

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