Qualitätssicherung und Prüfverfahren

Kategorie:  mechanisch-technologische und zerstörende Prüfung.

Ziel:  Bauteile unterliegen während ihres Betriebs mechanischen Belastungen. Der Zugversuch wird angewandt, um verschiedene mechanische Kennwerte eines Werkstoffs wie Elastizitäts-Modul und Zugfestigkeit zu bestimmen. Bei der konstruktiven Dimensionierung der Bauteile werden Festigkeiten angesetzt, die der Stahl erfüllen soll, damit das Bauteil den Belastungen standhält.

Prüfprinzip:  Eine Zugprobe (zum Beispiel eine Rundzugprobe, Durchmesser 12 mm) wird in die Einspannvorrichtung der Prüfmaschine biegungsfrei eingesetzt und durch eine zunehmende Zugkraft so lange gedehnt, bis der Bruch eintritt. Die Maschine zeichnet während des Versuchs laufend die Kraft und die Längenänderung auf.

Auswertung/Ergebnis:  Aus diesen Wertepaaren kann ein Kraft-Verlängerungs-Diagramm gezeichnet werden. Unter Einbeziehung der Probengeometrie (Anfangsquerschnitt und Messlänge) wird das aussagekräftigere Spannungs-Dehnungsdiagramm errechnet.

Aus diesem Diagramm werden die Kennwerte wie Elastizitäts-Modul, Dehn- oder Streckgrenze sowie Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brucheinschürung ermittelt. Diese Kennwerte werden mit den Vorgaben der Norm oder den Kundenspezifikationen verglichen und in Materialprüfzeugnissen attestiert.

Kategorie:  mechanisch-technologische und zerstörende Prüfung.

Ziel:  Mit steigender Temperatur nimmt die Festigkeit der Werkstoffe stetig ab. Der Warmzugversuch wird angewandt, um die Festigkeit eines Werkstoffs bei hohen Temperaturen zu ermitteln. Ferner können Werkstoffkennwerte wie Elastizitäts-Modul, Dehngrenze oder Streckgrenze, Bruchdehnung und Brucheinschnürung bei einer bestimmten Temperatur ermittelt werden.

Prüfprinzip:  Ein Werkstück wird in die Prüfmaschine gespannt und auf die gewünschte Temperatur vorgewärmt und bei konstanter Temperatur bis zum Bruch gedehnt. Dabei wird – wie beim Zugversuch bei Raumtemperatur – die benötigte Kraft als Funktion der Verlängerung der Probe aufgezeichnet.

Auswertung/Ergebnis:  Die ermittelten Kennwerte werden mit den Vorgaben der Norm oder den Kundenspezifikationen verglichen. Die Ergebnisse werden in Materialprüfzeugnissen attestiert.

Kategorie:  mechanisch-technologische und zerstörende Prüfung.

Ziel:  Der Kerbschlagbiegeversuch wird eingesetzt, um die Zähigkeit eines Werkstoffs zu ermitteln. Die Zähigkeit beschreibt, wie sich ein Werkstoff beim Bruch verhält. Man unterscheidet spröde und zähe Werkstoffe. Die Metalle unterscheiden sich hierbei sehr stark, weil ihre Raumgitter unterschiedlich sind.
Bei vielen Stählen nimmt die Kerbschlagarbeit auch mit sinkender Prüftemperatur ab. Die Zähigkeit ist keine reine Stoffeigenschaft, sondern wird von der Probenform und dem Kraftangriff entscheidend beeinflusst. Die Gefahr, dass ein Werkstoff spröde versagt, ist am größten, wenn ein dreiachsiger Spannungszustand, das heißt Zugspannungen in allen drei Raumrichtungen, vorliegt und die Belastung schlagartig auftritt.

Prüfprinzip:  Zur Erzeugung eines dreiachsigen Spannungszustands wird eine Probe mit einer definierten V- oder U-förmigen Kerbe versehen. Diese Probe wird in ein Widerlager eingelegt, das sich am tiefsten Punkt der Pendelbahn befindet.

Der Pendelhammer besitzt in seiner Ausgangslage eine definierte potenzielle Energie. Nach dem Ausklinken fällt er in einer Drehbewegung nach unten, wobei er im tiefsten Punkt die Rückseite der gekerbten Probe trifft und diese zerschlägt. Nach dem Durchtrennen der Probe schwingt das Pendel weiter, erreicht jedoch nur noch eine geringere Steighöhe.
Aus der Differenz beider potenzieller Energien ergibt sich die zum Zerschlagen der Probe benötigte Kerbschlagarbeit (Av). Mit Hilfe der vor dem Bruch gemessenen Restfläche wird die Kerbschlagzähigkeit berechnet. Beim Kerbschlagbiegeversuch wird die Kerbschlagzähigkeit entweder mittels eines Schleppzeigers am Prüfgerät gemessen oder bei instrumentierten Pendeln direkt elektronisch erfasst.

Auswertung/Ergebnis:  Zur Bestimmung der Kerbschlagbiegearbeit wird ein Satz bestehend aus drei Kerbschlagbiegeproben benötigt. Es wird die Kerbschlagarbeit jeder Probe bestimmt und aus allen der Mittelwert berechnet. Der Mittelwert der drei Proben muss über der - nach Norm oder Kundenspezifikation - geforderten Kerbschlagarbeit liegen. Bei den Einzelwerten darf eine Probe maximal 70 Prozent der geforderten Kerbschlagarbeit aufweisen.

Soll die Übergangstemperatur eines Stahls ermittelt werden, so ist ein Av-T-Diagramm aufzustellen. Hierbei wird die Prüftemperatur schrittweise gesenkt, bis der Stahl ein sprödes Bruchverhalten zeigt.

Kategorie: mechanisch-technologische Prüfung.

Ziel: Bei Metallen und vor allem bei Stählen lässt sich die Härte durch Kaltverfestigung und Wärmebehandlung in weiten Grenzen ändern. Umgekehrt lassen sich aus der Härte gewisse Rückschlüsse auf den Gefügezustand des Werkstoffs sowie die Bearbeitbarkeit und Verschleißbeständigkeit ziehen.
Härte ist definiert als der mechanische Widerstand des Werkstoffs gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Die Härteprüfung nach Brinell ist eine Möglichkeit, die Zugfestigkeit von Stahl zerstörungsfrei abzuschätzen.

Prüfprinzip: Ein kugelförmiger Eindringkörper wird für einen definierten Zeitraum (10 bis 15 Sekunden) mit einer bestimmten Prüfgesamtkraft in die zu prüfende Oberfläche hineingedrückt. Der Durchmesser der zu verwendenden Kugel richtet sich nach der Dicke der Probe und der Härte des Werkstoffs; er kann Tabellen entnommen werden. Durch den Kugeleindruck wird der Werkstoff plastisch verformt und in den Bereichen neben und unter der entstehenden Kalotte kaltverfestigt.

Auswertung/Ergebnis: Von dem entstandenen Abdruck, der die Form einer Kugelkalotte hat, wird der Durchmesser mittels optischer Vorrichtungen (Mikroskop oder Projektor) gemessen. Die Brinellhärte (HBW) wird durch das Verhältnis von aufgebrachter Prüfgesamtkraft zur Oberfläche der Kugelkappe bestimmt.
Hauptvorteil des Brinell-Verfahrens: Es können besonders hohe Prüfkräfte verwendet werden mit einfachen und in der Struktur robusten Geräten. Für Stahl ist die Brinell-Prüfung äußerst wichtig, da zwischen Brinell-Härte und Zugfestigkeit des Werkstoffs ein konstantes, ziemlich genaues Verhältnis besteht (mit einem Verhältnis von 3,53 für Kohlenstoffstahl, Chromstahl und Chrom-Manganstahl; für Nickel-Chromstahl mit einem Verhältnis von 3,33). Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: mechanisch-technologische Prüfung.

Ziel: Bei Metallen und vor allem bei Stählen lässt sich die Härte durch Kaltverfestigung und Wärmebehandlung in weiten Grenzen ändern. Umgekehrt lassen sich aus der Härte gewisse Rückschlüsse auf den Gefügezustand des Werkstoffs sowie die Bearbeitbarkeit und Verschleißbeständigkeit ziehen.
Härte ist definiert als der mechanische Widerstand des Werkstoffes gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Mit dem Prüfverfahren nach Vickers können im Vergleich zur Brinell-Prüfung wesentlich kleinere Gefügebereiche oder härtere Stoffe hinsichtlich ihrer Härte kontrolliert werden.

Prüfprinzip: Ein Diamant-Eindringkörper in Form einer geraden Pyramide mit quadratischer Grundfläche wird mit Prüfkraft F senkrecht für 10 bis 15 Sekunden in die Oberfläche einer Metall-Probe eingedrückt. Durch den Pyramideneindruck wird der Werkstoff plastisch verformt und in den Bereichen neben und unter dem Eindruck der entstehenden Kalotte kaltverfestigt.

Auswertung/Ergebnis: Nach der Wegnahme der Prüfkraft F werden die Diagonalen d des Eindruckes gemessen. Die Vickershärte ist proportional dem Quotienten aus der Prüfkraft und der Oberfläche des Eindrucks.
Die Vickers-Prüfung ist die genaueste Härtemessung und hat den breitesten Messbereich. Sie ist jedoch empfindlich gegen Stöße und deswegen für raue Betriebsbedingungen weniger geeignet. Das Verfahren wird häufig zur Härtemessung von dünnen, harten Randschichten eingesetzt, da durch die Reduzierung der Prüfkraft die Bildung von sehr kleinen Eindrücken möglich ist, die dann über ein Messmikroskop ausgemessen werden müssen.

Kategorie: mechanisch-technologische Prüfung.

Ziel: Bei Metallen und vor allem bei Stählen lässt sich die Härte durch Kaltverfestigung und Wärmebehandlung in weiten Grenzen ändern. Umgekehrt lassen sich aus der Härte gewisse Rückschlüsse auf den Gefügezustand des Werkstoffes sowie die Bearbeitbarkeit und Verschleißbeständigkeit ziehen.
Härte ist definiert als der mechanische Widerstand des Werkstoffes gegen das Eindringen eines anderen Körpers. Im Gegensatz zur Vickers- und Brinell-Prüfung wird hier die Härte nicht als Quotient von Kraft durch Eindrucktiefe definiert, sondern direkt über die Eindringtiefe bestimmt. Mit diesem Prüfverfahren können im Vergleich zur Brinell-Prüfung wesentlich härtere Stähle kontrolliert werden.

Prüfprinzip: Der Eindringkörper - bei Rockwell B eine Kugel (= bowl), bei Rockwell C ein Kegel (= cone) - wird in zwei Stufen in die Probe gedrückt. Die Einwirkdauer der Prüfvorkraft F0 darf 3 Sekunden nicht überschreiten. Die Einwirkdauer der Prüfzusatzkraft F1 beträgt 2 bis 8 Sekunden.
Nach Rücknahme der Prüfzusatzkraft F1 wird die bleibende Eindringtiefe h unter Prüfvorkraft F0 gemessen. Die Rockwellhärte kann direkt an der Härteskala mittels Messuhr abgelesen werden.

Auswertung/Ergebnis: Die Härteprüfung nach Rockwell wird in der Regel für sehr harte Werkstoffe eingesetzt. Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: Korrosionsprüfung und zerstörendes Prüfverfahren.

Ziel: Die Beständigkeit nicht rostender Stähle gegen interkristalline Korrosion wird ermittelt. Interkristalline Korrosion (IK) ist eine Form der Korrosion, die ohne Einwirkung mechanischer Beanspruchung in hoch legierten Stählen vorkommt. IK wird durch Ausscheidung von Chromkarbiden auf den Korngrenzen hervorgerufen.
Das im Werkstoff enthaltene Chrom verbindet sich beim Erwärmen (zum Beispiel beim Schweißen) mit dem Kohlenstoff. Dadurch entstehen im erwärmten Bereich an den Korngrenzen Chromkarbide. Das Chrom steht somit nicht mehr zum Korrosionsschutz zur Verfügung. Der Stahl wird entlang der Korngrenzen korrosionsanfällig. Dies tritt besonders bei kohlenstoffreicheren Stählen auf.

Prüfprinzip: Die am häufigsten durchgeführte Prüfung ist der Strauß-Test (genormt u. a. in der Norm ASTM A262). Der Werkstoff wird in ein saures Prüfmedium (zum Beispiel Kupfersulfat-Schwefelsäure) gelegt und erwärmt.
Das Prüfpotenzial liegt im Aktiv-Passiv-Übergangsbereich des Stahls. Dies ermöglicht einen empfindlichen Nachweis von Chromverarmungen, da die Gefügebereiche, deren Chromgehalt die Resistenzgrenze nicht erreichen, während der Prüfung aktiv werden und sich bevorzugt auflösen. Die übrigen Bereiche hingegen bleiben passiv. Der Strauß-Test eignet sich besonders für nicht rostende Stähle mit etwa 18 % Chrom.

Auswertung/Ergebnis: Nach dem Sieden wird die Probe über einem Biegedorn bis zu einem Winkel von mindestens 90° gebogen. Mit 10-facher Vergrößerung wird die gebogene Probe auf Rissbildung untersucht.
Der interkristallinen Korrosion kann durch eine Stabilisierung des Kohlenstoffs durch Niob und Titan (stabilisierte Stähle) oder einer Absenkung des Kohlenstoffgehaltes (LC= low carbon) entgegengewirkt werden. So können Stähle korrosionsbeständig gemacht werden.
Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: Korrosionsprüfung und zerstörendes Prüfverfahren.

Ziel: Der Huey-Test ist besonders geeignet, um speziell die Beständigkeit nicht rostender Stähle gegen örtliche Korrosion in stark oxidierenden Säuren zu prüfen.

Prüfprinzip: Eine Salpeter-Lösung (65 %-ig) wird zum Sieden gebracht. Der zu prüfende Werkstoff wird in fünf Prüfperioden zu je 48 Stunden getestet. Die Reaktion zwischen dem Metall und der Salpetersäure folgt einem komplexen Mechanismus und verläuft autokatalytisch. Das heißt, dass Korrosionsprodukte wie sechswertiges Chrom und nitrose Gase die Korrosionsgeschwindigkeit erhöhen.
Ein örtlicher Korrosionsangriff äußert sich in erhöhten Massenverlustraten, die darüber hinaus im Verlauf der fünf Kochperioden eine steigende Tendenz zeigen. Bei erhöhten Anforderungen an die Salpetersäurebeständigkeit werden 15 oder sogar 50 Kochzyklen durchgeführt.

Auswertung/Ergebnis: Die Auswertung des Versuchs erfolgt durch Ermittlung des Masseverlustes der Probe nach jedem Zeitabschnitt sowie für die gesamte Prüfdauer.

Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: Korrosionsprüfung und zerstörendes Prüfverfahren.

Ziel: Mit dieser makroelektrochemischen Messtechnik kann man Spaltkorrosion bei austenitischen Stählen erfassen. Zur schnellen Charakterisierung von rostfreien Stählen werden meistens elektrochemische Zellen mit einfacher Handhabung und hoher Flexibilität gewählt.
Die sogenannte Standardzelle ist ein typisches Beispiel. Die konstruktiv bedingten Spalten solcher Zellen lösen Spaltkorrosion aus. Lokale Korrosion auf freien Oberflächen lässt sich damit nicht verfolgen. Praxisnahe Spaltkorrosionstests sind aber gut möglich.

Prüfprinzip: Es gibt sehr unterschiedliche Prüfmethoden. Beispielsweise wird eine Probe in eine vorgesehene Prüflösung gelegt und auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Die Probe wird entnommen und daraufhin geprüft, ob sie Löcher/Spalten hat oder nicht. Wenn nicht, wird sie in eine 2 °C wärmere Lösung gelegt und erneut geprüft, ob Löcher oder Spalten aufgetreten sind. Diese Vorgehensweise wird bis zu der Temperatur wiederholt, bei der sich Löcher oder Spalten bilden.

Auswertung/Ergebnis: Als Ergebnis wird diejenige Temperatur festgehalten, bei der als erstes die Korrosion einsetzt, die sogenannte

• kritische Lochkorrosionstemperatur (cpt = critical pitting temperature) bzw. die
• kritische Spaltkorrosionstemperatur (cct = critical crevice temperature).

Kategorie: Physikalische und zerstörungsfreie Prüfung.

Ziel: Die Permeabilitätsbestimmung dient der Qualitätskontrolle und der Bestimmung von ferromagnetischen Einschlüssen in antimagnetischen Stählen.

Prüfprinzip: Ein zylinderförmiger Permanentmagnet hat eine ganz bestimmte Verteilung der Kraftlinien. Alle Kraftlinien dieses Permanentmagneten laufen in einer Ebene durch die Mitte des Zylinders zwischen den beiden Polen parallel zur Zylinderachse.

In dieser Ebene, senkrecht zur Zylinderachse in der Mitte des Permanentmagneten, wird eine Gradientensonde auf beiden Seiten des Zylindermagneten angebracht. Die Feldlinien des Magneten stehen senkrecht auf der Achse der beiden Foerster-Sonden, sodass diese das Magnetfeld des Zylindermagneten nicht messen.

Auswertung/Ergebnis: Wird der Zylindermagnet auf einen Werkstoff aufgesetzt, dessen Permeabilität größer als 1 ist, so erfolgt eine winzige Verschiebung des magnetischen Nullpunktes des Zylindermagneten auf den Werkstoff zu, auf den der Zylindermagnet aufgesetzt ist. Diese Verschiebung ist bei niederen Permeabilitätsbereichen ein Maß für die Permeabilität des Werkstoffs.

Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: physikalische Prüfung und zerstörungsfreie Prüfung.

Ziel: Schweißnähte und Oberflächen austenitischer Behälter müssen aus Gründen der mechanischen Festigkeit bestimmte Mindestgehalte, aus Gründen der Korrosionsstabilität bestimmte Maximalgehalte an Ferrit aufweisen. Bei den korrosionsbeständigen Duplex-Stählen wird ein Ferritgehalt von 40 bis 60 % gefordert. Wir bestimmen den Ferritgehalt nach dem magnetinduktiven Verfahren.

Prüfprinzip: Wir bestimmen den Ferritgehalt nach dem magnetinduktiven Verfahren. Zunächst wird das Gerät, das den Ferritgehalt misst, das sogenannte Ferritskop, kalibriert, also auf den Standardwert eingestellt. Anschließend wird das zu prüfende Werkstück gemessen und dokumentiert.

Auswertung/Ergebnis: Der Ferritgehalt wird ausgegeben und verglichen mit der Kundenspezifikation oder dem, was die Norm fordert. Der Ferritgehalt ermöglicht Rückschlüsse auf die chemische Analyse und die Wärmebehandlung des Werkstoffes.

Kategorie : physikalische und zerstörungsfreie Prüfung

Ziel : Die Spektralanalyse wird einerseits zur schnellen Material-Identifikation im Bereich Wareneingang angewendet, um Verwechslungen zu vermeiden. Andererseits wird sie nach der Verarbeitung zur abschließenden Qualitätskontrolle (PMI = Positive Material Identification) der eingesetzten Werkstoffe/Schweißzusatzwerkstoffe durchgeführt. Dadurch kann besonders bei höher beanspruchten Bauteilen (meist aus legierten Stählen) der Einsatz der geforderten Werkstoffe gesichert werden.

Prüfprinzip : Grundlage der spektroskopischen Verwechslungsprüfung ist, dass die Elektronen eines einzelnen Atoms nur auf bestimmten Energieniveaus stabil sind. Durch Energiezufuhr können die Elektronen in ein höheres Energieniveau gehoben werden, was aber einen instabilen Zustand bedeutet.
Bei dem Rücksprung der Elektronen auf den stabilen Zustand wird Energie in Form von Licht- oder Röntgenquanten wiederabgegeben. Die Wellenlängen dieser Strahlung sind für den jeweiligen Atomkern charakteristisch und können somit zu dessen Bestimmung herangezogen werden.
Bei uns wird die optische Emissionsspektroskopie zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und die Röntgenfluoreszenzanalyse zur Verwechslungsprüfung angewandt.

Auswertung/Ergebnis : Die Prüfung wird nach Kundenwunsch im Zeugnis dokumentiert.

Kategorie: physikalische und zerstörungsfreie Prüfung.

Ziel: Das Farbeindringverfahren eignet sich, um feine Risse und Poren in der Oberfläche sichtbar zu machen.

Prüfprinzip: Die Oberfläche des zu prüfenden Werkstoffs wird von Fett- und Ölrückständen befreit. Anschließend wird ein Eindringmittel (Kontraster) aufgebracht. Dies kann durch Auftragen mit einem Pinsel, durch Tauchen in einem Bad oder durch Aufsprühen erfolgen.

Das Kriechvermögen des Eindringmittels ist hoch und nutzt die Kapillarwirkung von feinsten Materialtrennungen. Nach Ablauf der Einwirkzeit (abhängig vom zu prüfenden Werkstoff) wird die Oberfläche mit einem speziellen Reiniger behandelt, gereinigt, getrocknet und ein feinkörniges Pulver, der sogenannte Entwickler, wird aufgetragen.
Durch die Kapillarwirkung der eigenen Hohlräume, also durch seine Saugfähigkeit, zieht das Pulver das in den feinen Rissen (Poren) verbliebene Eindringmittel heraus. Im Regelfall ist das Eindringmittel rot und der Entwickler weiß. Der hohe Farbkontrast ermöglicht das einfache Lokalisieren der Fehlerstellen und die Bestimmung der Rissverläufe.

Auswertung/Ergebnis: Nach einer Entwicklungszeit von 30 Minuten werden die Bauteile auf Anzeigen untersucht. Die Anzeigen werden ausgemessen oder über Vergleichsbilder wird deren Gütestufe bestimmt. Besonders eingesetzt bei Druck beanspruchten bzw. hoch belasteten Bauteilen.
Die Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.

Kategorie: physikalische und zerstörungsfreie Prüfmethode.

Ziel: Die Ultraschallprüfung ist ein akustisches Verfahren zum Auffinden von inneren und äußeren Materialfehlern, zum Beispiel bei Schweißnähten, Gussstücken, Halbzeugen oder Rohrleitungen. Die Auffindung von äußeren (Oberflächen-) Fehlern ist vor allem bei Teilen wichtig, bei denen die andere, meistens innere Oberfläche nicht zugänglich ist. Es gibt das Reflexionsschallverfahren und das Durchschallungsverfahren.

Prüfprinzip: Auf der Oberfläche eines Werkstückes wird ein Koppelmittel (zum Beispiel Kleister, Gel, Wasser oder Öl) aufgetragen. Mittels eines Prüfkopfs (Schwinger) wird ein Ultraschallimpuls erzeugt (von 0,5 bis 25 MHz) und über das Koppelmittel in das Werkstück übertragen.
Durch Grenzflächen mit unterschiedlichen Schallwiderständen im Prüfkörper (Risse, Dopplungen, Rückwand etc.) wird der Schallimpuls reflektiert und zum Schwinger zurückgesendet. Dieser fungiert jetzt als Empfänger. Durch die Laufzeit zwischen Senden und Empfangen wird die zurückgelegte Wegstrecke berechnet (Impuls-Echo-Verfahren).

Auswertung/Ergebnis: Das Ergebnis der Prüfung wird gemäß aktueller Norm bzw. nach Kundenspezifikation protokolliert.