Weiterentwicklung der mikromagnetischen Multiparameter-Methode zur zerstörungsfreien Ermittlung von Gefüge- und Spannungsgradienten in randschichtgehärteten und –verfestigten Zuständen

Zielsetzung und Lösungsweg: Bauteile des Maschinenbaus weisen in verschiedenen Stadien des Produktionsprozesses durch unterschiedliche Herstellungsverfahren Randschichten mit Werkstoffgradienten auf. Diese sind im einfachsten Falle (einer Bearbeitung von quasi einphasig vergüteten Werkstoffen) Verfestigungs- und Eigenspannungsgradienten. Mit thermochemischen Randschichtwärmebehandlungen werden zudem zielgerichtet auch oberflächennahe Gradienten einer chemischen Zusammensetzung erzeugt, die ihrerseits Gradienten von Härte, Eigenspannungen, Phasenzusammensetzung und Verfestigung und damit komplexe Werkstoffzustände randnaher Schichten bewirken. Die Kenntnis über den Zustand dieser Randschichten ist für die Beurteilung von Bauteileigenschaften unter schwingender Beanspruchung bzw. unter Verschleißbeanspruchung unerlässlich. Die Qualitätssicherung erfolgt in vielen Fällen nach wie vor zerstörend. Besonders im Falle hoher Bauteilkosten und geringer Stückzahlen kann daher nur ein Bruchteil des Produktionsvolumens geprüft werden. Daher besteht eine hohe Nachfrage aus der Industrie, möglichst zerstörungsfrei Werkstoffe und deren Zustände zu charakterisieren. Das Lösungspotential zur direkten Erfassung von tiefenabhängigen Werkstoffeigenschaften bis in Tiefen von ca. 5 mm bietet der bekannte „Skineffekt“. Dieser beschreibt die frequenzabhängige Eindringtiefe von elektromagnetischen Wechselfeldern, wobei hohe Frequenzen stärker gedämpft werden als niedrige Frequenzen. Dabei ist die Eindringtiefe umgekehrt proportional zur Wurzel der Frequenz. Bei der 3MA-Prüfmethode werden die zu untersuchenden Werkstoffe mit einem magnetischen Wechselfeld ummagnetisiert, wobei die Ummagnetisierungsvorgänge von den mechanisch- technologischen Eigenschaften beeinflusst werden. Zur Analyse der Ummagnetisierungsvorgänge werden die Oberwellen der magnetischen Tangentialfeldstärke, das magnetische Barkhausenrauschen, in ausgewählten Frequenzbereichen und die Wirbelstromüberlagerung bei bestimmten Arbeitsfrequenzen ausgewertet. Das Grundprinzip des neuen Ansatzes besteht darin, dass durch eine automatische Frequenzvariation eine Steuerung der erfassten Werkstofftiefe erfolgt. Hierdurch soll erstmalig eine Auftragung und Analyse der mikromagnetischen 3MA-Kenngrößen (von welchen bereits bekannt ist, dass sie auf die Werkstoffeigenschaften reagieren) als Funktion der Tiefe erfolgen können.