Scratch-Tester zur Entkohlungstiefenmessung
- Degree programme: BSc in Maschinentechnik
- Author: Philipp Roth
- Thesis advisor: Prof. Dr. Annette Kipka, Prof. Dr. Simon Kleiner
- Expert: Dr. Peter Paul Knobel
- Industrial partner: Prüfmaschinen AG Kleinbösingen
- Year: 2020
Bei der Herstellung von Wälzlagern ist die Randentkohlung ein unerwünschter Effekt, denn diese reduziert die Lebensdauer der Lager. Daher ist die Kontrolle der Randentkohlung in der Qualitätssicherung wichtig. Bestehende genormte Verfahren, wie metallografische Untersuchung oder Messung der Mikrohärte, zur Untersuchung der Randentkohlung in Wälzlagern stossen jedoch an ihre Grenzen. Als alternatives Verfahren wird die Randentkohlung mit einem Scratch-Tester untersucht.
Ausgangslage
Die Untersuchung der Randentkohlung kann mittels metallografischer Untersuchung durchgeführt werden. Der Übergang vom entkohlten Bereich zum Bereich ohne Entkohlung ist jedoch schwer erkennbar. Die Bestimmung der Randentkohlungstiefe mit Messung der Mikrohärte wird dadurch erschwert, dass der Mindestabstand (s. Abb. 1 blauer Pfeil) zwischen Oberfläche und dem ersten Messpunkt im Grössenbereich der zu erwartenden Randentkohlung liegt. In Zusammenarbeit mit der Firma Prüfmaschinen AG in Kleinbösingen wird die Bestimmung der Randentkohlungstiefe mittels eines Scratch-Testers untersucht.
Ziel
Es wird ein Scratch-Tester entwickelt und konstruiert, mit welchem sich qualitativ vergleichbare Resultate erzielen lassen wie mit den genormten Verfahren nach ISO 3887:2017.
Vorgehen
Grundlage für den Produktentwicklungsprozess war ein Lastenheft, welches basierend auf einer Marktanalyse erstellt wurde. Proben wurden gezielt wärmebehandelt, damit verschiedene Randentkohlungstiefen entstehen. Mithilfe des konstruierten Scratch-Testers wurden Kratzer auf dem Querschnitt der Proben erzeugt. Diverse Methoden zur Auswertung des Kratzers wurden erprobt. Als gut anwendbar hat sich die Auswertung der Kratzertiefe mittels Weisslichtinterferometer erwiesen. Die Ergebnisse der Kratzerauswertung wurden mit den Resultaten der genormten Verfahren verglichen.
Ergebnisse
In Abb. 2 sind die Härtewerte im Abstand zur Oberfläche aufgetragen, im selben Diagramm befinden sich die Kratzertiefen. Die rote Linie zeigt den minimalen Härtewert, der für das Wälzlager zugelassen ist. Die grüne senkrechte Linie ist die Entkohlungstiefe, welche aus der Messung der Mikrohärte bestimmt wurde. Die Tendenz, dass die Härtewerte und die Kratzertiefe gegenläufig sind, ist erkennbar. Wie genau die Randentkohlungstiefe mithilfe der Kratzertiefe bestimmt werden kann, muss noch ausgearbeitet werden. Ein verbessertes Werkzeug zur Erzeugung eines Kratzers wird für diese Bestimmung erforderlich sein.
