Beurteilung von Nitrierergebnissen – Einfluß der Meßmethode

Bei jedem Produktionsprozess ist man in der Regel daran interessiert, die Streuungen der wichtigsten Produktmerkmale möglichst gering zu halten. Dies gilt beim Nitrieren und Nitrocarburieren zum Beispiel für die Verbindungsschichtdicke und die Nitrierhärtetiefe. Aus beiden Schichtkenngrößen lassen sich ganz bestimmte Eigenschaften und Auswirkungen auf das Maß- und Formänderungsverhalten ableiten.
Die Verbindungsschichtdicke und die Nitrierhärtetiefe sind von den Verfahrensbedingungen (Temperatur, Dauer der Behandlung, Strömungsbedingungen, Nitrierkennzahl…. ) und vom Zustand der äußeren Randschicht der Bauteile sowie vom verwendeten Werkstoff abhängig. Oft vernachlässigt wird bei der Betrachtung von Streuungen die verwendete Meßmethode. Unter dem Titel „Ermittlung der Nht und VS-dicke – Ergebnisse eines Ringversuches und abgeleitete Empfehlungen “ beschrieb R. Schneider [1] auf der ASMET-„Härtereitagung 2008“ in Wien vom 20.-21. Nov. 2008 Einflussfaktoren der Probenpräparation (Einbetten, Schleifen, Polieren) der eigentlichen Messtechnik (optische Dickenmessung, Mikrohärteprüfung) und der Auswerteverfahren (Ermittlung der mittleren Verbindungsschichtdicke, Nitrierhärtetiefenbestimmung) auf das Meßergebnis.
Es wurden Proben mit einem definierten Ausgangszustand an die teilnehmenden Wärmebehandlungs- betriebe verteilt und dort entsprechend den betriebüblichen Prozessparametern nitriert/nitrocarburiert. Es war nicht das Ziel eine bestimmte Nitrierhärtetiefe oder Verbindungsschichtdicke zu erreichen sondern es wurde bewusst eine weite Streuung in den Schichtdicken angestrebt und erreicht.

Die Probenpräparation charakterisiert R. Schneider wie folgt: „Die nitrierten Proben wurden getrennt und von den Betrieben entsprechend ihrer jeweils üblichen Präparationsmethoden eingebettet, aufbereitet und entsprechend der DIN 50190-3 vermessen. Alle Folgeteilnehmer verwendeten die gleichen eingebetteten Proben, bereiteten diese jedoch zur Untersuchung wieder neu auf. Die zu vermessende Seite der Probe war stets eindeutig gekennzeichnet.“

Ergebnisse der Verbindungsschichtdickenmessung sind im Bild 1 dargestellt. Bild 2 zeigt die Ergebnisse der Nitrierhärtetiefenbestimmung.

VS Messung
VS Messung

Bild1: Vergleich aller Proben und Zuordnung zu angewandten Nitrierverfahren – Bestimmung der Verbindungsschichtdicke [1]

NHD Messung
NHD Messung

Bild2: Vergleich aller Proben und Zuordnung zu angewandten Nitrierverfahren – Bestimmung der Nitrierhärtetiefe [1]

Bei vorliegender Probenpräparation betragen die Streuungen im Messergebniss unterschiedlicher Auswerter bzgl. der Verbindungsschicht 8 – 80 % und bei der Nitrierhärtetiefemessung 5 – 25 %.

Das Ergebnis bewertet R. Schneider wie folgt: „Bei der Ermittlung der Verbindungsschichtdicke gab es tendenzielle Unterschiede zwischen den einzelnen Teilnehmern des Ringversuches (z.B.: durchwegs Werte im oberen oder unteren Bereich des Streubandes, größere oder kleiner Streubänder). Da, mit Ausnahme einzelner Proben beim letzten Teilnehmer des Ringversuches, die Originaleinbettung verwendet wurde, kann hier auf einen Einfluss der Schliffpräparation bzw. der mikroskopischen Auswertung geschlossen werden. Dies bestätigt, dass der wesentlichsten Einfluss auf die Ermittlung der Verbindungsschichtdicke sicher in der Probenpräparation zu suchen ist, welche zu einer hohen Randschärfe führen soll.“

Der FA3 „Nitrieren und Nitrocarburieren“ der AWT hat eine Prüfvorschrift „Lichtmikroskopische Bestimmung der Dicke und der Porigkeit der Verbindungsschichen nitrierter und nitrocarburierter Werkstücke“ erstellt.

Aus der Sicht des FA3 der AWT ist eine Norm ähnlich dem Entwurf DIN30902 erforderlich, um eventuelle Streitfälle bei der Beurteilung nitrierter und nitrocarburierter Werkstoffe zu vermeiden und die Verbindlichkeit der Richtlinie des FA3 der AWT sicherzustellen.

[1] R. Schneider (ASMET / FH-OÖ Wels)
Ermittlung der Nht und VS-dicke – Ergebnisse eines Ringversuches und abgeleitete Empfehlungen
ASMET-„Härtereitagung 2008“, Wien, 20.-21. Nov. 2008 S.45-49