Schleifbrandprüfung
Schleifbrand bezeichnet die thermische-mechanische Schädigung eines Werkstückes, welche durch einen Schleifprozess oder eine andere Hartfeinbearbeitung hervorgerufen wird. Diese Randzonenschädigung beeinträchtigt die Lebensdauer und Tragfähigkeit von hoch belasteten, dynamisch beanspruchten Bauteilen und kann schwerwiegende Folgen für Mensch und Maschine mit sich bringen. Schleifbrand verursacht in der Regel eine Abnahme der Oberflächenhärte und den Aufbau von Zugspannungen, in schweren Fällen ist sogar die Neuhärtung der Werkstückoberfläche möglich.
Ein leistungsfähiger Schleifprozess erfordert die genaue Beachtung einer Vielzahl von Prozessparametern und deren optimale Einstellung zueinander. Eine Verschiebung dieses empfindlichen Gleichgewichtszustandes wird sich negativ auf die Qualität des Schleifprozesses auswirken. Das Schleifergebnis wird beeinträchtigt, sobald einer der folgenden Parameter nicht optimal gewählt wurde oder sich während des Fertigungsprozesses ändert:
- Zustellung
- Vorschubgeschwindigkeit
- Umfangsgeschwindigkeit
- Schleifscheibenverschleiß
- Schleifscheibenabrichtzustand
- Schleifscheibenspezifikation
- Versorgung mit Kühlschmierstoff
- Änderung der Aufmaße am Werkstück
- Änderung des Wärmebehandlungszustandes des Werkstücks
Warum ist die Schleifbrandprüfung wichtig?
Die Oberfläche einer geschliffenen Werkstückoberfläche erscheint meist optisch fehlerfrei. Allerdings können unsichtbare Verbrennungen als Gefügeschäden in der Randzone (auch unterhalb der Oberfläche) vorliegen, die beim Anwender zum vorzeitigen Bauteilversagen mit gravierenden Folgen führen.
Schleifbrand verursacht:
- Reduzierung der Dauerfestigkeit eines Bauteiles
- Vorzeitiges Bauteilversagen an kritischen, dynamisch beanspruchten Werkstücken
- Schädliche Veränderungen von Gefügezustand und Eigenspannungen
Nicht entdeckter Schleifbrand verursacht:
- Interne Qualitätsprobleme in der Produktion
- Hohe zusätzliche Kosten durch Ausschuss oder erforderliche Nacharbeit
- Lieferverzug
- Externe Qualitätmängel beim Kunden
- Gewährleistungsausgaben, Regressfoderungen
- Image- und Vertrauensverlust
Methoden zur Schleifbrandprüfung
Schleifbrand kann zerstörungsfrei mit folgenden Methoden erkannt werden:
- Barkhausenrauschen-Prüfung (BNA) erkennt durch Schleifbrand hervorgerufene Härte- und Eigenspannungsunterschiede/li>
- Röntgendiffraktion (XRD) ermöglicht das Messen von Materialeigenspannungen
- Nitalätzung (NE) lässt die durch Schleifbrand an der Oberfläche verbrannten Bereichen in veränderten Graufarbtönen erscheinen
Die folgende Tabelle vergleicht die drei unterschiedlichen Prüfmethoden:
| Eigenschaft | BNA | XRD | NE |
|---|---|---|---|
| Objektiv und quantifizierbar | ✔ | ✔ | – |
| Zuverlässig | ✔ | ✔ | – |
| Schnell | ✔ | – | ✔ |
| Prüfung durch Beschichtungen | ✔ | – | – |
| Schnelle Prüfung großer Flächen | ✔ | – | ✔ |
| Erkennt sowohl Gefügezustand als auch Eigenspannungszustand | ✔ | ✔ | – |
| Automatisierbar | ✔ | ✔ | – |
| Umweltfreundlich | ✔ | ✔ | – |
Barkhausenrauschen-Analyse
Die Barkhausenrauschen-Analyse ist eine zerstörungsfreie Prüfmethode, welche ein rauschartiges Signal misst, das durch ein äußeres Magnetfeld in einem ferromagnetischen Material induziert wurde. Es gibt zwei wesentliche Materialeigenschaften, welche die Intensität des Barkhausenrausch- Signals direkt beeinflussen: Materialhärte und Eigenspannungen. Anhand des äußerst sensitiven Signalverhaltens ermöglicht es die Barkhausenrauschen-Analyse, selbst die geringsten Anzeichen einer Schleifbrandschädigung zu erkennen.
Das Barkhausenrauschen-Verfahren erlaubt zusätzlich die Prüfung durch Beschichtungen, was bei verschiedenen Bauteilen, wie z.B. am Flugzeugfahrwerk, von entscheidendem Vorteil ist.
Röntgendiffraktion
Schleifbrand erzeugt signifikante Eigenspannungsveränderungen im Werkstoff. Die zerstörungsfreie Röntgen-diffraktionsmethode ermöglicht die absolute Messung von Eigenspannungswerten.
Im Verhältnis zu sichtbarem Licht besitzen Röntgenstrahlen eine hohe Energie und kurze Wellenlängen – beides Eigenschaften, welche sie ideal zur Ermittlung der interplanaren Gitterabständen in kristallinen Werkstoffen macht.
Nitalätzung
Die Nitalätzung zur Schleifbranderkennung erfordert eine Abfolge von Eintauchvorgängen des zu prüfenden Werkstücks in Tauchbäder mit verdünnter Salpetersäure und Salzsäure als wesentliche Bestandteile. Durch das Anätzen und anschließende Bleichen werden unterschiedlich stark angelassene Gefüge oberflächlich sichtbar. Durch zu hohe Temperatur beim Schleifvorgang verbrannte (hoch angelassene) Stellen werden dunkler angezeigt als nicht geschädigte Flächen.
Stresstech bietet schlüsselfertige Lösungen zur Schleifbrandprüfung an
Stresstech bietet bedienerfreundliche Lösungen zur Schleifbrandprüfung an. Der Einsatzbereich reicht dabei von Prüfständen für das Werkstofflabor bis hin zur vollintegrierten Inline-Anlage in der Produktionslinie.
