Skip to content
BY 4.0 license Open Access Published by De Gruyter December 9, 2019

In-situ Characterization by Eddy Current Testing of Graded Microstructural Evolution in the Core and Peripheral Zone during Material Conversion during Case Hardening*

In-situ-Charakterisierung durch Wirbelstromuntersuchungen der gradierten Gefügeausbildung in der Bauteil-Rand- und Kernzone während der Werkstoffumwandlung beim Einsatzhärten
  • L. V. Fricke , M. G. Skalecki , S. Barton , H. Klümper-Westkamp , H.-W. Zoch and D. Zaremba

Abstract

In industrial case hardening, the temporal and local non-destructive characterization of occurring microstructural constituents creates new possibilities for automating manufacturing processes showing a high level of process reliability. Furthermore, component properties within the scope of quality assurance and product liability can be fully documented. By analyzing the higher harmonics of eddy current testing, the structure-specific magnetic properties can be used to differentiate between the microstructural constituents formed. The eddy current sensor can be integrated into the cooling path. This enables in-situ test signal recording in order to continuously monitor the graded microstructure formation in the peripheral zone as well as deeper in the component for quality assurance. An increasing carbon content leads, among other things, to a higher proportion of residual austenite. This results in a lower test signal amplitude, which, for example, can be correlated with the hardening depth. The results of this testing method, used for the first time for graded components, are presented here.

Kurzfassung

Beim industriellen Einsatzhärten bildet die zeitliche und lokale, zerstörungsfreie Charakterisierung von auftretenden Gefügebestandteilen neue Möglichkeiten, um Fertigungsprozesse mit einer hohen Prozesssicherheit zu automatisieren. Bauteileigenschaften im Rahmen der Qualitätssicherung und Produkthaftung können zusätzlich lückenlos dokumentiert werden. Mittels der Analyse der Höherharmonischen der Wirbelstromprüfung kann aufgrund der strukturspezifischen magnetischen Eigenschaften eine Differenzierung zwischen den gebildeten Gefügebestandteilen erfolgen. Dabei kann der Wirbelstromsensor in den Abkühlpfad integriert werden. Dieses ermöglicht eine In-situ-Prüfsignalaufzeichnung, um die gradierte Gefügeausbildung in der Randzone sowie auch tiefer im Bauteil zur Qualitätssicherung kontinuierlich zu überwachen. Ein zunehmender Kohlenstoffgehalt führt, unter anderem, zu einem höheren Anteil an verbleibendem Restaustenit. Dadurch kommt es zu einer geringeren Prüfsignalamplitude, was beispielsweise mit der Einhärtungstiefe korreliert werden kann. Es werden hier die Ergebnisse des erstmals eingesetzten Prüfverfahren für gradierte Schichten vorgestellt.


*

Lecture held at the HeatTreatingCongress, HK 2019, October 22–24, 2019 in Cologne, Germany

3 (Corresponding author/Kontakt)

Literaturangaben

1. Totten, G. E.: Steel heat treatment handbook, 2nd, Steel Heat Treatment – Metallurgy and Technologies, CRC Press, Boca Raton, USA, 200710.1201/9781482293029Search in Google Scholar

2. Chan, S. C.; Grimberg, R.; Hejase, J. A.; Zeng, Z.; Lekeakatakunju, P.; Udpa, L.; Udpa, S. S.: Nonlinear Eddy Current Technique for Characterizing Case Hardening Profiles. IEEE Trans. Magn.46 (2010) 6, pp. 18211824, 10.1109/tmag.2010.2044980Search in Google Scholar

3. Cuffee, J.; Sun, H.; Plotnikov, Y.: Eddy Current Measurement of Case Hardened Depth of Steel Components. Proc. 17th World Conference on Nondestructive Testing, 25–28. October 2008, Shanghai, China, WCNDT, on CDSearch in Google Scholar

4. Papaelias, M. P.; Strangwood, M.; Davis, C. L.; Peyton, A. J.: Measurement and modeling of the electromagnetic response to phase transformation in steels. Metal. Mater. Trans. A35 (2004) 13, pp. 965972, 10.1007/s11661-004-1000-0Search in Google Scholar

5. Papaelias, M. P.; Peyton, A. J.; Strangwood, M.; Davis, C. L.: Modelling of the effect of microstructural variation on inductive sensor measurements of phase transformation in steel. J. Phys. Conf. Ser.15 (2005), pp. 131136, 10.1088/1742-6596/15/1/022Search in Google Scholar

6. Dickinson, S. J.; Binns, R.; Yin, W.; Davis, C.; Peyton, A. J.: The Development of a Multifrequency Electromagnetic Instrument for Monitoring the Phase Transformation of Hot Strip Steel. IEEE Trans. Instrum. Meas.56 (2007) 3, pp. 879886, 10.1109/tim.2007.894183Search in Google Scholar

7. Kwun, H.; Burkhardt, G. L.: Effects of grain size, hardness, and stress on the magnetic hysteresis loops of ferromagnetic steels. Journal of Applied Physics61 (1987), pp. 15761579, 10.1063/1.338093Search in Google Scholar

8. Barton, S.; Bruchwald, O.; Frackowiak, W.; Bongartz, B.; Reimche, W.; Zaremba, D.: Entwicklung einer Bainit-Sensortechnik zur Charakterisierung gradierter Gefügeausbildungen in der Bauteil- Rand- und Kernzone. DGZfP-Jahrestagung (2018), Di1.C.3Search in Google Scholar

9. Bruchwald, O.: In-situ-Erfassung der Werkstoffumwandlung und Gefügeausbildung mittels Wirbelstromtechnik. Dissertation, PZH Verlag, Hannover, 2017Search in Google Scholar

10. Bruchwald, O.; Frackowiak, W.; Reimche, W.; Zwoch, S.; Maier, H. J.: In-Situ Monitoring of the Microstructure Evolution Using Eddy Current Technology. Proc. 3rd European Conf. on Heat Treatment 11–13 May 2016, Prague, Czech Republic, Asociace pro tepelné zpracování kovů, Čerčany, 2016, on CDSearch in Google Scholar

11. Wyss, U.: Grundlagen des Einsatzhärtens. HTM Härterei-Techn. Mitt.45 (1990) 1, pp. 4456Search in Google Scholar

12. Mercier, D.; Lesage, J.; Decoopman, X.; Chicot, D.: Eddy currents and hardness testing for evaluation of steel decarburizing. NDT & E Int.39 (2006) 8, pp. 652660, 10.1016/j.ndteint.2006.04.005Search in Google Scholar

13. Mroz, G.; Reimche, W.; Bach, F. W.: Aquisition of Discrete Component and Loading Information in the Component‘s Edge Region Using Innovative Sensor Technology. Innovative production machines and systems. Proc. 4th I∗Proms Virtual Int. Conf. 01–14 July 2008, online, D. T.Pham, E. E.Eldukhri, A. J.Soroka (eds.), Whittles Publishing, Dunbeath, UK, 2009, pp. 431437Search in Google Scholar

14. Bruchwald, O.; Frackowiak, W.; Bucquet, T.; Huskic, A.; Reimche, W.; Maier, H. J.: In-situ-Erfassung der Werkstoffumwandlung und Gefügeausbildung von Schmiedebauteilen im Abkühlpfad. HTM J. Heat Treat. Mat.70 (2015) 3, pp. 150161, 10.3139/105.110259Search in Google Scholar

15. Reimche, W.; Bruchwald, O.; Barton, S.; Maier, H. J.; Klümper-Westkamp, H.; Zoch, H.-W.: Inline application of bainite sensor technology for characterizing phase transformation during cooling. Proc. Bainite – from nano to macro Symposium on science and application of Bainite, 01.-02. June 2017, Wiesbaden, Germany, M.Lohrmann, H.-W.Zoch (eds.), AWT, Bremen, 2017, pp. 141150Search in Google Scholar

Published Online: 2019-12-09
Published in Print: 2019-12-11

© 2019, Carl Hanser Verlag, München

This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Downloaded on 28.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/105.110395/html
Scroll to top button