Vickers-Härteeindruck: Symbolbild für eine Messung an einer einzelnen Stelle.
Randzone · Wärmebehandlung · Härteverlauf
Randentkohlung und Aufkohlung an Schrauben prüfen
Auch wenn die Härte im Kern einer Schraube stimmt, kann sie nahe der Oberfläche abweichen. Bei Verdacht auf Randentkohlung oder Aufkohlung müssen die Messstellen deshalb gezielt gewählt werden. Testawell misst Kern- und Oberflächenhärte sowie Härteverläufe an geschliffenen und polierten Schnittflächen, sogenannten metallografischen Schliffen.
Testawell führt Härteprüfungen durch. Eine Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025 besteht derzeit nicht. Benötigen Sie einen akkreditierten Prüfbericht, müssen Sie die Prüfung mit einem Labor vereinbaren, das für diese Prüfungen akkreditiert ist.
Was verändert sich an der Schraubenoberfläche?
Bei Entkohlung nimmt der Kohlenstoffgehalt im Randbereich des Stahls ab; bei Aufkohlung nimmt er zu. Das kann während einer Wärmebehandlung geschehen. Ob eine solche Veränderung zulässig ist, hängt vom Schraubentyp und den Anforderungen an die Schraube ab. Bei einsatzgehärteten Schrauben wird die Randschicht bewusst gehärtet. Das ist anders zu beurteilen als eine unbeabsichtigte Aufkohlung. Forschung zu veränderten Schraubenrandzonen.
Eine abweichende Härte kann auf Veränderungen hinweisen. Sie misst jedoch nicht den Kohlenstoffgehalt. Um die Ursache zu klären, müssen auch die Herstellung, die Beschichtung und gegebenenfalls das Gefüge betrachtet werden. Mit Gefüge ist die innere Struktur des Werkstoffs gemeint. Ein Härtevergleich ist deshalb nur ein Teil einer umfassenderen Entkohlungsuntersuchung.
Mit welchen Messungen lässt sich die Randzone untersuchen?
Wir führen Vickers-Prüfungen einschließlich HV 0,3 und HV 10 durch und messen Härteverläufe im Schliff. Prüfkraft und Messstellen wählen wir passend zum vereinbarten Prüfziel. Wurden Werte mit unterschiedlichen Prüfkräften oder an unterschiedlichen Stellen gemessen, muss vor einem Vergleich geklärt werden, ob sie vergleichbar sind. Die Vickers-Methode ist in DIN EN ISO 6507-1 beschrieben.
Untersuchung
Aussage für Ihre Fragestellung
Kernhärte
Härte an einer festgelegten Stelle im Inneren der Schraube
Rand- und Oberflächenhärte
Härte des Stahls nahe der Oberfläche, bei beschichteten Schrauben unter der Beschichtung
Härteverlauf im Schliff
Unterschiede in der Härte zwischen dokumentierten Messstellen
Ergänzende Gefügebeurteilung
Zusätzliche Hinweise aus der inneren Struktur des Werkstoffs; diese Untersuchung muss gesondert vereinbart werden
Warum ist eine sorgfältige Vorbereitung der Probe wichtig?
Beim Vorbereiten des Schliffs muss die Form des untersuchten Randes erhalten bleiben. Deshalb sind die Lage des Schnitts, das Einbetten der Probe in ein stützendes Material und das Polieren wichtig. Wird der Rand dabei abgerundet, lässt sich gerade die entscheidende Zone möglicherweise nicht mehr ausreichend beurteilen.
Dr. Mike Keeble beschreibt diese Schwierigkeit in seinem Fachbeitrag Metallographic Preparation of Fasteners: Das Einbetten schützt die Kanten. Spalte zwischen Einbettmaterial und Schraube können jedoch die Vorbereitung und spätere Auswertung stören. Sein Beitrag erschien 2021 im American Fastener Journal. Für die Prüfplanung bedeutet das: Messstellen und Qualität des Schliffs sollten gemeinsam dokumentiert werden. Keeble: Präparation von Verbindungselementen.
Welche Normen gelten für die Bewertung?
Fällt die Schraube in den Anwendungsbereich der DIN EN ISO 898-1, wird sie nach der vereinbarten Ausgabe dieser Norm bewertet. DIN EN ISO 3887:2023-12 beschreibt allgemein, wie die Entkohlungstiefe an Stahl bestimmt wird. Welche Ergebnisse für eine bestimmte Schraube zulässig sind, richtet sich weiterhin nach ihren Produktanforderungen.
Vor der Prüfung legen wir anhand der geltenden Vorgaben fest, welche Abweichungen zulässig sind, wo gemessen wird und unter welchen Bedingungen. Bei kundenspezifischen Teilen benötigen wir zusätzlich zur Normbezeichnung die Zeichnung oder Prüfvorschrift.
Was zeigt die Forschung an echten Schraubenproben?
Hideharu Shimizu, Kunio Funami und Gendai Etoh untersuchten 1989 auf- und entkohlte Randzonen an Schraubenproben. In der veröffentlichten Zusammenfassung (Abstract) berichten sie für ihre Versuche einen günstigen Einfluss der Entkohlung auf verzögerten Bruch, also einen erst nach einer gewissen Zeit auftretenden Bruch. Auf Ermüdungsbruch durch wiederholte Belastung fanden sie keinen Einfluss. Daraus lässt sich keine allgemeine Aussage „Entkohlung verschlechtert immer die Ermüdungsfestigkeit“ ableiten. Originalarbeit und DOI.
Ein Härteverlauf zeigt die Härteverteilung in der untersuchten Schraube. Ob die Schraube für ihren Einsatz geeignet ist und die Produktnorm erfüllt, muss zusätzlich bewertet werden. Ein Forschungsergebnis ersetzt diese Bewertung der konkreten Schraube nicht.
So bereiten Sie eine Randzonenprüfung vor
Nennen Sie uns den Anlass der Untersuchung und kennzeichnen Sie auffällige sowie unauffällige Vergleichsteile getrennt. Hilfreich sind:
Schraubentyp, Werkstoff, Festigkeitsklasse und vorhandene Zeichnung.
Angaben zu Wärmebehandlung und Beschichtung, soweit bekannt.
Angabe, zu welcher Liefercharge oder welchem Fertigungszustand die jeweilige Probe gehört.
Bisherige Härtewerte einschließlich Methode, Prüfkraft und Messstelle.
Gewünschte Untersuchung: Einzelwerte, Rand-Kern-Vergleich oder Härteverlauf.
Geltende Prüfvorgabe und Zustimmung zum erforderlichen Trennen, Schleifen und Polieren der Proben.
Normen und Fachquellen
DIN EN ISO 898-1:2013-05 – Produktanforderungen an Stahlschrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen.
Reicht eine Kernhärtemessung zum Ausschluss von Randentkohlung?
Nein. Eine Messung im Inneren zeigt nicht ausreichend, was am Rand geschieht. Dafür müssen zusätzliche geeignete Messstellen und bei Bedarf weitere Untersuchungen vereinbart werden.
Ist jede härtere Randzone ein Fehler?
Nein. Bei bestimmten Schraubentypen ist eine harte Randschicht gewollt. Ob sie zulässig ist, hängt vom Werkstoff, der Herstellung und den Anforderungen an die Schraube ab.
Misst die Härteprüfung den Kohlenstoffgehalt?
Nein. Sie erfasst die Härte am Messort. Ein Härteunterschied ist für sich allein kein chemischer Nachweis einer Auf- oder Entkohlung.
Kann die Schraube nach einer Schliffprüfung weiterverwendet werden?
Für den Schliff wird die Schraube getrennt oder angeschliffen. Planen Sie deshalb Proben ein, die anschließend nicht mehr als funktionsfähige Schrauben verwendet werden.
Kann Testawell Härteverläufe im Schliff messen?
Ja. Testawell misst Härteverläufe sowie Kern- und Oberflächenhärte. Wir stimmen vorab die Prüfkraft, die Messstellen und die Fragen ab, die der Bericht beantworten soll.
Rand- und Kernzustand Ihrer Schrauben vergleichen
Beschreiben Sie, was Ihnen aufgefallen ist, und nennen Sie Werkstoff, Schraubentyp und vorhandene Vorgaben. Wir stimmen die Härtemessungen und benötigten Proben mit Ihnen ab.
