DIN 50159-1-2015 Metallic materials - Hardness testing with the UCI method - Part 1 Test method《金属材料 UCI法的硬度试验 第1部分 试验方法》.pdf

1、Januar 2015DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Materialprfung (NMP)Preisgruppe 11DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 77.040.10!%=o“2267688www.din.deDDIN 50159-1Me

2、tallische Werkstoffe Hrteprfung nach dem UCI-Verfahren Teil 1: PrfverfahrenMetallic materials Hardness testing with the UCI method Part 1: Test methodMatriaux mtalliques Essai de duret aprs la mthode UCI Partie 1: Mthode dessaiAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDI

3、N 50159-1:2008-10www.beuth.deGesamtumfang 19 SeitenDIN 50159-1:2015-01 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung .4 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen 5 3 Kurzbeschreibung .5 4 Symbole 5 5 Angabe der Hrte nach dem UCI-Verfahren 6 6 Bezeichnung .6 7 Prfgert .6 8 Probe .9 8.1 Form 9 8.2 Dicke u

4、nd Masse 9 8.3 Oberflchenvorbereitung 9 8.4 Hrtemessung an metallischen Beschichtungen 10 8.5 Justierung 10 9 Durchfhrung der Prfung 11 10 Messunsicherheit der Ergebnisse 11 11 Prfbericht . 12 Anhang A (normativ) Periodische berprfung der Prfgerte durch den Anwender . 13 Anhang B (informativ) Unsich

5、erheit der gemessenen Hrtewerte 14 B.1 Allgemeines . 14 B.2 Messunsicherheit der Hrteprfung . 15 B.2.1 Verfahren ohne Messabweichung (Methode 1) . 15 B.2.2 Darstellung des Messergebnisses 15 B.2.3 Verfahren unter Verwendung der Messunsicherheit des Hrteprfgertes (Methode 2) . 18 Literaturhinweise .

6、19 DIN 50159-1:2015-01 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-01-41 AA Hrteprfung fr Metalle“ erarbeitet. DIN 50159 Metallische Werkstoffe Hrteprfung nach dem UCI-Verfahren besteht aus: Teil 1: Prfverfahren Teil 2: Prfung und Kalibrierung der Hrteprfgerte Es wird auf die Mglichk

7、eit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokumentes Patentrechte berhren knnen. DIN und/oder DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 50159-1:2008-10 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) Ergnzung eines Zusamme

8、nhangs zwischen Oberflchenrauheit zur Schleifmittelkrnung fr Sthle unter 8.3; b) Ergnzung der Anforderungen zur Durchfhrung der Prfung; c) redaktionelle nderungen. Frhere Ausgaben DIN 50159-1: 2008-10 DIN 50159-1:2015-01 4 Einleitung Tragbare Hrteprfgerte erlauben die Hrteprfungen an Proben, die zu

9、gro oder zu schwer sind, um sie auf ortsfesten Hrteprfmaschinen zu prfen. Da die klassischen Hrteprfverfahren wie Rockwell, Vickers, Brinell u. a. in tragbaren Gerten nicht oder nur schwer realisierbar sind, haben verschiedene Hersteller in Anlehnung an die klassischen Verfahren neue Prfverfahren en

10、twickelt, die auch in tragbaren Gerten verwendbar sind. Jedoch bedeutet die Entwicklung jedes neuen Prfverfahrens im Prinzip auch die Einfhrung einer neuen Hrteskala. Wenn diese Gerte die gemessenen Hrtewerte in den gngigen Skalen wie Rockwell, Vickers oder Brinell angeben sollen, mssen sie an einem

11、 Punkt ihrer Messkette eine Umwer-tung durchfhren. Solche Hrtewerte sind dann keine wirklichen Rockwell-, Vickers- oder Brinellwerte, weil sie nicht mit den genormten Rockwell-, Vickers- oder Brinell-Verfahren bestimmt worden sind. DIN 50159-1:2015-01 5 1 Anwendungsbereich Dieser Teil von DIN 50159

12、legt das Verfahren fr die Hrteprfung nach dem UCI-Verfahren fr metallische Werkstoffe, insbesondere fr feinkrnigen Stahl, Nichteisenmetalle und Hartmetall fest. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung di

13、eses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 50159-2, Metallische Werkstoffe Hrteprfung nach dem UCI-Verfahren Teil 2: Prfun

14、g und Kali-brierung der Hrteprfgerte DIN EN ISO 6507-2:2013-12, Metallische Werkstoffe Hrteprfung nach Vickers Teil 2: Prfung und Kalibrierung der Prfmaschinen DIN EN ISO 6507-3, Metallische Werkstoffe Hrteprfung nach Vickers Teil 3: Kalibrierung von Hrtevergleichsplatten 3 Kurzbeschreibung Bei dem

15、Ultrasonic Contact Impedance (UCI)-Messverfahren wird ein mit einer Ultraschallfrequenz schwin-gender Schwingstab, an dessen unterem Ende sich ein Vickers-Eindringkrper befindet, mit einer definierten Prfkraft auf die Probe gedrckt. Seine Resonanzfrequenz erhht sich, sobald er bei der Erzeugung des

16、Eindrucks mit der Probe in Kontakt gebracht wird. Die Resonanzfrequenzverschiebung f wird unter Prfkraft bestimmt. Sie ist abhngig von der Gre der Kontaktflche, der Prfkraft sowie dem effektiven Elastizitts-modul Eeff. Mit Hilfe von Proben bekannter Hrte (z. B. Hrtevergleichsplatten) wird ber eine e

17、ntsprechende Gertejustierung die Frequenzverschiebung f der entsprechenden Vickershrte zugeordnet. 4 Symbole Tabelle 1 Symbole, ihre Bezeichnungen und Einheiten Symbol Bezeichnung Einheit A Kontaktflche mm2EeffEffektiver Elastizittsmodul N/mm2F Prfkraft N h Eindringtiefe mm HV Vickershrte HV (UCI) N

18、ach dem UCI-Verfahren ermittelte Hrte Ra Arithmetische Oberflchenrauheit mm t Schichtdicke mm f Frequenzverschiebung Hz DIN 50159-1:2015-01 6 5 Angabe der Hrte nach dem UCI-Verfahren Der UCI-Hrtewert basiert auf einer Frequenzverschiebung und wird typischerweise in der Hrteskala Vickers unter Bercks

19、ichtigung der verwendeten Prfkraft angegeben, siehe folgendes Beispiel: 240 HV 10 (UCI) Hrtewert nach UCI-Verfahren ermittelt Vickersskala, Prfkraft 98 N Hrtewert 6 Bezeichnung Die Bezeichnung einer Prfung nach DIN 50159-1 lautet: Prfung DIN 50159-1 7 Prfgert 7.1 Das Prfgert fr die UCI-Hrteprfung be

20、steht aus einer Sonde (siehe Bild 1) und einer elektronischen Mess- und Anzeigeeinheit zur Bestimmung der Frequenzverschiebung. Es ist ebenfalls mglich, dass die gesamte Messinformation in der Sonde selbst integriert ist und digital zu einem PC oder Anzeigeinstrument bertragen wird. 7.2 Im Wesentlic

21、hen besteht eine UCI-Sonde aus einem Schwingstab, der zu einer Longitudinalschwingung angeregt wird. Dieser Schwingstab besteht aus einem Metallstab, an dessen unterem Ende der Eindring-krper befestigt ist. Wirkt eine definierte und ber eine Metallfeder aufgebrachte Prfkraft der verwendeten UCI-Sond

22、e auf die Probe, so kommt es zu einer entsprechenden Verschiebung der Resonanzfrequenz. Grundlage fr die UCI-Hrteprfung ist die Beziehung zwischen der Frequenzverschiebung und der Hrte des geprften Materials. DIN 50159-1:2015-01 7 Legende 1 Metallfeder zur Aufbringung der Prfkraft 5 Resonanzverstrke

23、r 2 Schwingstab 6 Empfangspiezo 3 Eindringkrper 7 Sendepiezo 4 Probe Bild 1 Schematischer Aufbau einer UCI-Sonde Legende X f Y HV (UCI) 1 Werkstoff 1 2 Werkstoff 2 Bild 2 Frequenzverschiebung einer UCI-Sonde in Abhngigkeit von der Hrte DIN 50159-1:2015-01 8 Die mit der UCI-Sonde ermittelte Frequenzv

24、erschiebung f ist abhngig vom effektiven Elastizittsmodul Eeffund der Kontaktflche A des Vickers-Eindringkrpers mit dem Probenmaterial und der Prfkraft F (siehe Bild 2). ),(effFAEff = (1) Der effektive E-Modul ergibt sich aus dem Zusammenwirken der Werkstoffeigenschaften der Probe und des Schwingsta

25、bs einschlielich Eindringkrper. Auf der Grundlage der Justierung mit kalibrierten Hrtevergleichsplatten ergibt sich die Hrte des Proben-materials aus: )/1( (UCI) HV ff = (2) Eine groe Kontaktflche fhrt bei relativ weichem Material und konstanter Prfkraft zu einer hohen Frequenzverschiebung. Fr den H

26、rtewert werden, nicht wie bei der herkmmlichen Vickers-Prfung, die Diagonalen des Prfeindrucks nach Entlastung optisch ermittelt, sondern die Kontaktflche wird durch Messen der Frequenzverschiebung unter Prfkraft elektronisch erfasst. Die Prfkrfte von UCI-Sonden liegen im Bereich von 1 N bis 98 N, w

27、obei verschiedene Sondentypen zur Verfgung stehen, bei welchen die Prfkraft manuell oder ber Motoren aufgebracht wird. In Tabelle 2 sind typische Einsatzflle in Abhngigkeit von den unterschiedlichen Prfkrften angegeben. Tabelle 2 Typische Anwendungen des UCI-Verfahrens in Abhngigkeit von der Prfkraf

28、t Prfkraft Typische Anwendungen 98 N Kleine Schmiedeteile, Schweinahtprfung, Prfung der Wrmeeinflusszone 50 N Induktions- bzw. einsatzgehrtete Maschinenteile, z. B. Nockenwellen, Turbinen, Schweinhte, Prfung der Wrmeeinflusszone 10 N Ionennitrierte Prgewerkzeuge und Matrizen, Formen, Pressen 8 N Fer

29、tig bearbeitete Przisionsteile, Getriebe, Lagerlaufringe 3 N Schichten, z. B. Kupfer- und Chromschichten auf Stahlzylindern (t 0,040 mm), Kupfertiefdruckzylinder, Beschichtungen, gehrtete Schichten (t 0,020 mm) 1 N Dnne Schichten mit polierter Oberflche 7.3 Der Eindringkrper ist eine gerade Diamantp

30、yramide mit quadratischer Grundflche mit einem festgelegten Winkel zwischen gegenberliegenden Flchen von 136 nach DIN EN ISO 6507-2:2013-12, 4.3. 7.4 Das Prfgert muss den Anforderungen nach DIN 50159-2 entsprechen. ANMERKUNG Im Anhang A ist ein Verfahren fr die periodische Prfung des Prfgertes durch

31、 den Anwender angegeben. DIN 50159-1:2015-01 9 8 Probe 8.1 Form Die UCI-Hrteprfung ist auf Proben unterschiedlicher Form mglich, solange die Sonde senkrecht zur Prfoberflche positioniert werden kann. Es ist auch mglich, die Hrte von Metallschichten zu messen (siehe 8.4). 8.2 Dicke und Masse Eigensch

32、wingungen der Probe knnen die UCI-Hrteprfung beeinflussen, so dass ohne zustzliche Ma-nahmen wie Ankopplung der Probe eine Mindestwanddicke und Masse entsprechend Herstellerangaben zu bercksichtigen sind. Typische Werte hierfr sind eine Mindestwanddicke von 5 mm und eine Mindestmasse von 300 g. Prob

33、en mit Massen kleiner als die angegebene Mindestmasse oder Proben mit ausreichender Masse, aber mit Bereichen dnner als die angegebene Mindestdicke, erfordern eine Ankopplung an einen massiven Krper entsprechend Herstellerangaben. ANMERKUNG 1 Eine unsachgeme Kopplung fhrt zu falschen Prfergebnissen.

34、 Besondere Probengeometrien, z. B. Rohre, bedrfen einer zustzlichen Untersttzung des Messpunktes, so dass die geforderte Mindestdicke und Mindestmasse auch kleiner als der oben angegebene Wert sein darf. Der minimale prfbare Krmmungsradius betrgt 3 mm. ANMERKUNG 2 Kleine Proben unterhalb der angegeb

35、enen Mindestmasse knnen auch geprft werden, wenn sie eingebettet oder in einer anderen Weise von freier Schwingung entkoppelt sind. 8.3 Oberflchenvorbereitung Die Vorbereitung der Prfflche muss so durchgefhrt werden, dass nderungen an der Oberflche, z. B. durch Erwrmung oder Kaltverformung hervorger

36、ufen, auf ein Minimum beschrnkt bleiben. Zunder, Fremd-krper oder andere Oberflchenunregelmigkeiten mssen vllig entfernt werden. Insbesondere sollte die Oberflche frei von Schmierstoffen sein. Die Prfbereiche drfen je nach Prfkraft die in Tabelle 3 ange-gebene Rauheit Ra nicht berschreiten. Tabelle

37、3 Maximal zulssige Oberflchenrauheit Ra Prfkraft Maximal zulssige Oberflchenrauheit Ra mm 98 N 0,001 50 N 0,000 8 10 N 0,000 5 Eine nicht ausreichende Oberflchenvorbereitung fhrt zur Vergrerung der Messwerttrennung. Es wird empfohlen, dass der Prfbereich spanend bearbeitet und fein geschliffen wird,

38、 um die geforderten Rauheiten zu erreichen. Der Zusammenhang zwischen der Krnung des Schleifmediums und der erzielbaren Oberflchenrauheit Ra ist materialabhngig. Fr Sthle kann nherungsweise folgender Zusammenhang dargestellt werden. DIN 50159-1:2015-01 10 Tabelle 4 Zusammenhang Oberflchenrauheit zur

39、 Schleifmittelkrnung fr Sthle Krnungsgren nach FEPA-Standard (en: Federation of the European Producers of Abrasives) 120 180 240 Ra etwa 1,2 m etwa 1,0 m etwa 0,6 m 8.4 Hrtemessung an metallischen Beschichtungen Bei Messungen an dnnen Schichten oder Beschichtungen ist die Eindringtiefe h des Vickers

40、-Eindringkrpers zu bercksichtigen. Diese ist nach Gleichung (3) abhngig von der Prfkraft und der Hrte der Probe: HV062,0Fh = (3) Die Mindestschichtdicke t sollte hierbei einen Wert von 10 h nicht unterschreiten, siehe 2. Die Eigenschaften des Grundwerkstoffes knnen den Hrtewert beeinflussen. 8.5 Jus

41、tierung Der Vickers-Hrtewert der Referenzmaterialien wird aus mindestens 5 Messungen bestimmt. Der mittlere Hrtewert eines UCI-Gertes, der aus mindestens 10 gleichmig ber das Referenzmaterial verteilten Messungen bestimmt wird, wird dann auf den Referenzwert des Werkstoffes eingestellt. In modernen

42、Gerten kann diese Einstellung fr unterschiedliche Werkstoffe gespeichert werden. Die UCI-Hrteprfung ist eine vergleichende Methode, da die Frequenzverschiebung einer UCI-Sonde vor allem abhngig ist von der Kontaktflche mit dem Probenmaterial sowie deren elastischen Eigenschaften (E-Modul, Poissonzah

43、l u. a.). blicherweise werden UCI-Hrteprfgerte mit einem Satz von Hrtevergleichsplatten aus unlegiertem Stahl justiert. Bei der Prfung eines anderen Werkstoffes wird ein Referenzmaterial dieses Werkstoffes mit bekannter Hrte bentigt, mit dem das Gert vor der Messung zu justieren ist. Die Hrte des Re

44、ferenzmaterials sollte im Bereich des zu erwartenden Messwertes liegen. DIN 50159-1:2015-01 11 9 Durchfhrung der Prfung 9.1 Die Prfung ist bei Raumtemperatur zwischen 10 C und 35 C durchzufhren. Bei Temperaturen auerhalb dieses Bereiches muss die Temperatur im Prfbericht angegeben werden. Die Proben

45、temperatur kann die UCI-Hrteprfung beeinflussen. 9.2 Es ist sicherzustellen, dass sich die Probe whrend des Prfvorgangs nicht verschiebt. Gegebenenfalls ist hierfr eine geeignete Aufnahmevorrichtung zu verwenden. Die Auflageflchen mssen sauber und frei von Fremdkrpern (Zunder, Schmierstoffe, Schmutz

46、, usw.) sein. 9.3 Die Prfkraft ist stetig zunehmend, stofrei und entlang des Schwingstabes aufzubringen. Schwingungen der Probe oder der Sonde whrend der UCI-Hrteprfung knnen das Ergebnis beeinflussen und sind zu vermeiden. 9.4 Die Prfung erfolgt senkrecht zur Prfoberflche. Abweichungen 5 von der Se

47、nkrechten zur Prfoberflche fhren zu nicht vernachlssigbaren Fehlern. 9.5 Vor Beginn einer Messreihe ist durch die Prfung auf einer Hrtevergleichsplatte sicherzustellen, dass das Gert den kalibrierten Hrtewert anzeigt. 9.6 Nach dem manuellen oder automatischen Aufbringen der Prfkraft senkrecht zur vo

48、rbereiteten Prfflche wird die Messung ausgelst. Die Frequenzverschiebung wird von der Mess- bzw. Anzeigeeinheit automatisch erfasst und der Hrtewert bestimmt. 9.7 Fr die Bestimmung der UCI-Hrte ist der arithmetische Mittelwert aus mindestens drei Messwerten zu ermitteln. 9.8 Der Abstand des Mittelpunktes jedes Prfeindruckes vom Rand der Probe muss mindestens 5 mm betragen. Bei eingebetteten Proben oder in einer anderen Weise von freier Schwingung entkoppelter Proben, darf