Normgerechte Prüfvorschriften erstellen

Die Prüfung wärmebehandelter Bauteile ist eine elementarer Schritt in der Fertigungskette von Komponenten. Oftmals ist die Wärmebehandlungsvorschrift gleichzeitig die Prüfvorschrift, dies wird meist nicht beachtet, d.h. stimmt die Prüfvorschrift nicht ist auch die Vorgabe für die Wärmebehandlung schwer festzustellen. Gerade dieser Teil der Bauteilspezifikation / Zeichnung ist oftmals Fehlerhaft und bietet somit ein breites Spektrum an Möglichkeiten der Interpretation und des vorprogrammierten Streites der beteiligten Parteien bei Unklarheiten.

Bereits seit den 70iger Jahren gab es erste Bestrebungen für die Erstellung von Zeichnungen eine einheitliche Regelung einzuführen, in dieser Zeit entstand in Deutschland die DIN 6773, Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen - Darstellung und Angaben wärmebehandelter Teile in Zeichnungen. Obwohl wir nun seit mehr als vierzig Jahren eine Normung zu diesem Thema haben, scheint das Wissen hierüber mehr oder weniger nicht vorhanden zu sein. Die DIN 6773 ist so gut gewesen das Sie fast 100%ig in die neue internationale Norm DIN ISO 15787,Technische Produktdokumentation - Wärmebehandelte Teile aus Eisenwerkstoffen - Darstellung und Angaben eingegangen ist.

Anwendungsbereich

Wie bereits erwähnt gibt es eine DIN EN ISO Norm in der die Regeln der Kennzeichnung in Zeichnungen und die Schreibweise für Prüfvorschriften geregelt sind, dies ist die

• DIN ISO 15787, Technische Produktdokumentation – Wärmebehandelte Teile aus Eisenwerkstoffen – Darstellung und Angaben, Januar 2010 (ISO 15787:2001), Diese Internationale Norm gilt für die Kennzeichnung des Endzustandes wärmebehandelter Teile aus Eisenwerkstoffen in technischen Zeichnungen.

Hier ist zu beachten, daß der Endzustand des Bauteiles gemeint ist und nicht ein Zwischenschritt der Fertigung. Wird ein Bauteil in mehreren Schritten gefertigt und die Wärmebehandlung ist ein Schritt zwischen zwei Bearbeitungsschritten, reicht eine Zeichnungsvorschrift unter Umständen nicht aus, hier sollte dann eine HTO oder ein HTS erstellt werden. In diesen Unterlagen können auch erweiterte Prüfvorschriften untergebracht werden, evtl. ist eine gesonderte Prüfanweisung zu erstellen.

Auch aus rechtlichen sollte die Zeichnungsvorschrift korrekt sein, denn Unwissenheit schützt nicht vor Strafe (Ignorantia legis non excusat). Dies bedeutet der Wärmebehandler / Dienstleister / Prüfer als Fachmann(Experte) muss Wissen, dass es weitere Prüfvorschriften geben kann und er muss sich diese beschaffen (Holschuld).

Beispiel

• An einer Welle soll nach der Wärmebehandlung,vor dem Schleifen, die CHD geprüft werden. Steht in der Zeichnung CHD 1,0+0,3, legt dies fest welche CHD nach der Wärmebehandlung vorhanden sein muß, Vorschrift 1,0 - 1,3 mm. Hat die Wärmebehandlung eine CHD von 1,1 mm ergeben und das Schleifaufmaß ist 0,3 mm, wird nach dem Schleifen nur noch eine CHD von 0,8 mm vorhanden sein, also zu wenig.
• Hier wäre also eine HTO erforderlich gewesen, die diesen Fall beschreibt und für die Wärmebehandlung eine andere CHD z.B. CHD 1,3+0,3 mm festgelegt hätte, somit wäre sichergestellt das nach dem Schleifen die CHD innerhalb der geforderten Toleranz ist.

Begriffe und Abkürzungen

Im Zuge der Internationalisierung des Normwesens wurden für viele Bereiche der Technik neue Begriffe und Abkürzungen für die Zeichnungsangaben eingeführt. Diese müssen generell bei der Erstellung Normgerechter neuer Zeichnungen angewendet werden.

Anmerkung! Es wird empfohlen sich an die in der Norm festgelegten Bezeichnungen zu halten, auch wenn ältere Prüf- und Liefernormen Normen noch die alten Bezeichnungen enthalten. Natürlich sind in diesem Fall prinzipiell beide Bezeichnungen richtig. Dies liegt daran, dass die Überarbeitung aller Normen nicht gleichzeitig erfolgen kann.

Kurzzeichen DIN EN ISO 15787	Altes Kurzzeichen DIN 6773	Beschreibung Deutsch	Description English
CD	AT	Aufkohlungstiefe	Carburization depth
CHD	Eht	Einsatzhärtungs-Härtetiefe	Case hardening depth
CLT	VS	Verbindungsschichtdicke	Compound layer thickness
FHD	Sht	Schmelzhärtungs-Härtetiefe	Fusion hardness depth
FTS		Schmelzhärteplan	Fusion treatment specification
HTO	WBA	Wärmebehandlungsanweisung	Heat-treatment order
HTS	WBP	Wärmebehandlungsplan	Heat-treatment specification
Messstelle		Stelle an der eine Prüfung durchgeführt werden Muß	measuring point
NHD	Nht	Nitrier-Härtetiefe	Nitriding hardness depth
SHD	DS - Rht	Einhärtungs-Härtetiefe (Synonym: Randschichthärtungs-Härtetiefe)	Surface hardening depth

Ausführungsbeispiele

An dieser Stelle soll nur wenige Beispiele für eine Normgerechte Zeichnungsvorschrift angegeben werden, für weitere Informationen Details siehe DIN ISO 15787.

Beispiel Prüfvorschrift CHD Einsatzhärtung ohne Angabe der Messstelle
Beispiel Prüfvorschrift Gehärtet mit Angabe der Messstelle
Beispiel Prüfvorschrift Gehärtet und angelassen mit der Angabe mehrerer Messstellen

Zeichnungsangaben

Allgemeines

Zeichnungsangaben zum wärmebehandelten Zustand können sich sowohl auf den Einbau- oder Endzustand als auch auf den Zustand unmittelbar nach dem Wärmebehandeln beziehen. Dieser Unterschied ist unbedingt zu beachten, da wärmebehandelte Teile häufig nachträglich noch, z. B. durch Schleifen, bearbeitet werden. Dadurch verringert sich insbesondere bei einsatzgehärteten, randschichtgehärteten, randschichtschmelz-gehärteten und nitrierten Teilen die Härtetiefe, bei nitrocarburierten Teilen die Verbindungsschichtdicke. Es muss dabei die Bearbeitungszugabe beim Wärmebehandeln entsprechend berücksichtigt werden. Sofern keine separate Zeichnung für den Zustand nach dem Wärmebehandeln mit den entsprechenden Angaben für den Zustand vor einem anschließenden Bearbeiten erstellt wird, ist durch geeignete Hinweise 2) zu verdeutlichen, auf welchen Zustand sich die jeweiligen Zeichnungsangaben beziehen. 2) Dies kann z. B. durch Vorbearbeitungsmaße (in eckigen Klammern [ ]), durch zusätzliche Darstellungen oder durch zusätzliche Wortangaben: „vor dem Schleifen", „nach dem Schleifen" erfolgen.

Werkstoffangaben

Unabhängig vom Wärmebehandlungsverfahren muss in der Zeichnung erkennbar sein, welcher Werkstoff für das wärmebehandelte Werkstück verwendet worden ist (Werkstoffname, Hinweis auf Stückliste usw.). Verwenden Sie wenn möglich nur die gültigen Werkstoffnummern und die Normgerechte Schreibweise.

• Nicht "MoC410 M" sondern 1.7225 oder 42CrMo4

Da der Anlieferungszustand des Werkstoffes auf das Ergebnis der späteren Wärmebehandlung einen deutlichen Einfluss haben kann, muss dieser Anlieferungszustand/Bestellangabe natürlich in die Werkstoffbezeichnung.

• Richtig geschrieben wäre es dann z.B. 42CrMo4 +QT, ein vergütetes Material "+QT" lässt sich besser Induktiv Härten als ein Weichgeglühtes "+A", also ein wichtige Information für den Wärmebehandler.

Kurzzeichen	Bedeutung	Kurzzeichen	Bedeutung
+A	weichgeglüht	+AC	GKZ-geglüht
+AR	gewalzt ohne besondere Bedingungen	+AT	lösungsgeglüht
+C	kaltverfestigt	+Cnnn	kaltverfestigt mit Rm >= nnn N/mm²
+CR	kaltgewalzt	+DC	dem Hersteller überlassen
+FP	auf Ferrit-Perlit Gefüge behandelt	+HC	warm-kalt geformt
+I	isothermisch behandelt	+LC	leicht kalt nachgezogen / nachgewalzt
+M	thermomechanisch umgeformt	+N	normalgeglüht
+NT	normalgeglüht und angelassen	+P	ausscheidungsgehärtet
+Q	abgeschreckt	+QA	luftgehärtet
+QO	ölgehärtet	+QT	vergütet
+QW	wassergehärtet	+RA	rekristallisationsgeglüht
+S	auf Kaltscherbarkeit behandelt	+T	angelassen
+TH	auf Härtespanne behandelt	+U	unbehandelt
+WW	warmverfestigt

Um eine optimale Härtbarkeit zu erreichen sollte bereits bei der Bestellung des Werkstoffes die höchste Härtbarkeit mit HH gefordert werden. Nachfolgendes Schaubild zeigt einmal die unterschiedlichen Härtbarkeiten von 42CrMo4, klar erkennbar ist das unterschiedliche Qualitäten geliefert werden. Ist also ein teures Bauteil mit größeren Querschnitten zu fertigen, lieber einmal ein bisschen mehr fürs Material ausgeben und keine Probleme haben. Ist der Querschnitt klein ist es nicht wichtig.

Wärmebehandlungszustand

Der Zustand nach dem Wärmebehandeln ist durch Wortangaben, die diesen Zustand kennzeichnen, z. B. „gehärtet“, „gehärtet und angelassen“, „nitriert“ festzulegen.

Sind mehrere Wärmebehandlungen erforderlich, so sind sie in den Wortangaben entsprechend der Reihenfolge ihrer Durchführung aufzuzählen, z. B. „gehärtet und angelassen“. Die Wortangaben sind in Übereinstimmung mit ISO 4885 auszuwählen. Der wärmebehandelte Zustand kann auf verschiedene Weise erreicht werden, die Gebrauchseigenschaften können dadurch voneinander abweichen. Sofern es für den wärmebehandelten Zustand erheblich ist, müssen in ergänzenden Unterlagen wie „HTO" verfahrenstechnische Einzelheiten festgelegt werden. Jedoch ist die Erstellung einer HTO / HTS auch nicht ohne Tücke, wer in diesen Vorschriften zu detaillierte Vorschriften z.B. zu Härtetemperaturen, Haltezeiten und Anlassparametern macht, übernimmt hiermit die Verantwortung für das Wärmebehandlungsergebnis. Aufgrund der Vielzahl der möglichen Einflussparameter aus der Werkstoffspezifikation wie Analyse, vorhergehende Glühparameter usw., sollte möglichst nur Ergebnisparameter vorgegeben werden.

Beispiel, im Werkstoffblatt steht als Richtwert für das Vergüten
• Härten 820 - 860°C, Abschrecken in Öl oder in Wasser
• Anlassen 540 - 680°C, in Luft
Hier kann der Wärmebehandler frei Wählen um das Optimale Ergebnis zu erreichen, wenn Sie nicht die folgende Vorgabe gemacht haben
• Härten 830 - 840°C, Abschrecken in Öl
• Anlassen 590°C, in Luft
werden mit diesen Parametern die geforderten Festigkeitswerte nicht erreicht, ist der Wärmebehandler nicht in der Haftung, da Sie die Parameter vorgegeben haben. 
Sie hätten also in Versuchen (DIN EN ISO 642 Stirnabschreckversuch (Jominy-Versuch)) die Härtbarkeit der angelieferten Schmelze (Werkstoffcharge) des Werkstoffes überprüfen müssen und gegebenfalls einen Vorversuch zum Härten durchführen müssen um die Vorgabeparameter zu bestätigen, also einiger Aufwand um die Wärmebehandlung zu definieren. Haben Sie in den Versuchen mit den vorgegeben Parametern das Ergebnis nicht erreicht müssen Sie andere Härteparameter festlegen und nicht zu vergessen das bei jeder neuen Materialcharge, die Vorgabe des Wärmebehandlungsergebnisses kann hier viel Arbeit sparen.

Härteangaben

Es wird unterschieden zwischen Oberflächenhärte, Kernhärte und Härtewerten.

Oberflächenhärte	Die Oberflächenhärte muss als Vickershärte in Übereinstimmung mit ISO 6507-1, als Brinellhärte in Übereinstimmung mit ISO 6506-1 oder als Rockwellhärte in Übereinstimmung mit ISO 6508-1 angegeben werden. In den Fällen, in denen die Teile im wärmebehandelten Zustand an der Oberfläche Bereiche mit unterschiedlicher Härte aufweisen müssen, sind zusätzliche Härtewerte anzugeben (siehe Abschnitt 5 der ISO 15787).
Kernhärte	Die Kernhärte ist in die Zeichnung einzutragen, wenn dies notwendig und ihre Prüfung vorgeschrieben ist. Die Kernhärte muss als Vickershärte in Übereinstimmung mit ISO 6507-1, als Brinellhärte in Übereinstimmung mit ISO 6506-1 oder als Rockwellhärte (Verfahren B und C) in Übereinstimmung mit ISO 6508-1 angegeben werden. ANMERKUNG Zur Prüfung ist eine Zerstörung oder Beschädigung des Werkstücks unumgänglich. Gegebenenfalls kann die Prüfung an einer zu diesem Zweck zusammen mit den Werkstücken wärmebehandelten Kontrollprobe vorgenommen werden.
Härtewerte	Allen Härtewerten muss eine Toleranz zugeordnet werden. Die Toleranzen sollten größtmöglich sowie funktionsgerecht sein.

Typische Toleranzangabe sind z.B.

Verfahren	mind. Toleranz	Beispiel	Erklärung
HV 10	mindestens + 100 HV	700 + 100 HV 10	Eine Toleranzangabe kleiner 100 HV ist nur schwer zu Prüfen wenn auch noch die Messunsicherheit in die Betrachtung einbezogen wird.
HB 2,5/187,5	+ 50 HB	350 + 50 HB 2,5/187,5	Eine Toleranzangabe kleiner 50 HB ist nur schwer zu Prüfen wenn auch noch die Messunsicherheit in die Betrachtung einbezogen wird
HRC	mindestens + 4 HRC	58 + 4 HRC	Toleranzen kleiner 4 Rockwelleinheiten sind nicht sicher Prüfbar, wenn auch noch die Messunsicherheit in die Betrachtung einbezogen wird. Die Toleranz sollte mind. 4 Rockwelleinheiten oder größer sein.
Rm	mindestens + 150 MPa	800 + 150 MPa	Eine Toleranzangabe kleiner 150 MPa ist nur schwer zu Prüfen wenn auch noch die Messunsicherheit in die Betrachtung einbezogen wird.

Kennzeichnung der Messstellen

Wenn es erforderlich ist, die Messstelle in der Zeichnung zu kennzeichnen, ist das Symbol für Messstelle nach Bild 1 a) einzutragen. Das Symbol muss direkt mit einer Kennzahl für die Messstelle nach Bild 1 b) verknüpft und es muss die genaue Lage entsprechend bemaßt (siehe z. B. Bilder 2, 3 und 5) werden, aus DIN ISO 15787.

Pfeil für die Zeichnung	Kennzeichnung Messstelle am Bauteil	Kennzeichnung von 2 Messstellen am Bauteil

Härtetiefe, (SHD, CHD, FHD, NHD)

Die Härtetiefe ist entsprechend dem jeweiligen Wärmebehandlungsverfahren als Einhärtungs-Härtetiefe (SHD), Einsatzhärtungs-Härtetiefe (CHD), Schmelzhärtungs-Härtetiefe (FHD) oder Nitrier-Härtetiefe (NHD) anzugeben.

Allen Härtetiefenwerten ist eine Toleranz zuzuordnen. Allen Härtetiefen sollte eine größtmögliche und funktionsgerechte Grenzabweichung zugeordnet werden.

Die Kernhärte ist in die Zeichnung einzutragen, wenn dies notwendig und ihre Prüfung vorgeschrieben ist. Die Kernhärte wird als Vickershärte in Übereinstimmung mit ISO 6507-1, als Brinellhärte in Übereinstimmung mit ISO 6506-1 oder als Rockwellhärte (Verfahren B und C) in Übereinstimmung mit ISO 6508-1 angegeben.

ANMERKUNG Zur Prüfung der SHD - CHD - FHD - NHD und evtl. Kernhärte, ist eine Zerstörung oder Beschädigung des Werkstücks unumgänglich. Gegebenenfalls kann die Prüfung an einer zu diesem Zweck zusammen mit den Werkstücken wärmebehandelten Kontrollprobe vorgenommen werden.

Aufkohlungstiefe (CD)

Die Aufkohlungstiefe wird üblicherweise mit einem Kohlenstoffgehalt, angegeben als Massenanteil in Prozent, als Grenzmerkmal aus dem Kohlenstoffverlauf ermittelt (vergleiche ISO 4885). Der Grenzkohlenstoffgehalt ist dann als Index dem Kurzzeichen hinzuzufügen. BEISPIEL CD 0,35 bedeutet einen Grenzkohlenstoffgehalt von 0,35 % Massenanteil.

Der Aufkohlungstiefe ist eine Toleranz zuzuordnen. Für die Anwendung dieser Internationalen Norm muss die untere Grenzabweichung Null betragen. Die Toleranzen sollten größtmöglich sowie funktionsgerecht sein.

Verbindungsschichtdicke (CLT)

Die Verbindungsschichtdicke ist die Dicke des äußeren Bereichs der Nitrierschicht (siehe ISO 4885). Sie wird üblicherweise lichtmikroskopisch ermittelt.

Die Verbindungsschichtdicke CLT muss sich innerhalb der erlaubten Grenzabweichungen befinden. Ihr sollte eine größtmögliche, jedoch funktionsgerechte Grenzabweichung zugeordnet werden. Für die Anwendung dieser Internationalen Norm muss die untere Grenzabweichung Null betragen.

Angaben zur Festigkeit

Wenn Festigkeitswerte verwendet werden, sind diesen Toleranzen zuzuordnen. Wenn Proben der Werkstücke zur Prüfung benötigt werden, sind diese zur selben Zeit wärmezubehandeln wie die Werkstücke; die Stelle der Entnahme ist zu kennzeichnen.

In diesem Fall entfällt die Angabe der Kernhärte. Die Festigkeitswerte müssen sich innerhalb der erlaubten Grenzabweichungen befinden. Dem Festigkeitswert sollte eine größtmögliche, jedoch funktionsgerechte Grenzabweichung zugeordnet werden. Für die Anwendung dieser Internationalen Norm muss die untere Grenzabweichung Null betragen. Festigkeitswerte sollten nur wenn notwendig angegeben werden.

Gefügezustand

Erforderlichenfalls dürfen die Angaben zur Härte und Härtetiefe durch Angaben zum Gefügezustand der wärmebehandelten Teile ergänzt werden, z. B. maximaler Restaustenitanteil.

ANMERKUNG! Zur Prüfung des Gefügezustandes ist eine Zerstörung oder zumindest Beschädigung des Werkstückes unumgänglich. Es kann jedoch genügen, das Prüfen an einer zu diesem Zweck zusammen mit den Werkstücken wärmebehandelten Kontrollprobe vorzunehmen.

Zeichnerische Darstellung

Allgemeines

Die Anforderungen zum wärmebehandelten Zustand in zeichnerischen Darstellungen ist wie in den Bildern 2 bis 39 zu kennzeichnen.

Wärmebehandlung des ganzen Teils

Allseitig gleiche Anforderungen

Der wärmebehandelte Zustand muss durch entsprechende Wortangaben angegeben sein. Beispiele siehe Bilder 2 bis 6, 20 bis 25 und 34 bis 37.

Bereiche mit unterschiedlichen Anforderungen

Muss ein Werkstück in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Werte aufweisen, so ist dies wie folgt zu kennzeichnen. Die entsprechenden Bereiche müssen jeweils mit einer Kennzahl versehen werden, um die benötigte Behandlung und die Abgrenzung der Anwendung zu entnehmen. Die Kennzahlen müssen unter den Wortangaben entsprechend 4.3 mit Angabe der geforderten Werte wiederholt werden (siehe Bilder 7, 14, 16, 17, 21, 26, 27 und 30). Gegebenenfalls sind vorgeschriebene Messstellen nach 4.5 zu kennzeichnen.

Örtlich begrenzte Wärmebehandlung

Allgemeines

Es sollte immer überlegt werden, ob es sinnvoll ist, die Wärmebehandlung örtlich zu begrenzen, weil dies gegenüber einer Behandlung des ganzen Teiles mit zusätzlichem Aufwand verbunden sein kann. Die Größe des Übergangs zwischen wärmebehandeltem und nicht wärmebehandeltem Bereich ist vom Wärmebehandlungsverfahren, dem Werkstoff und der Form des zu behandelnden Teils abhängig. Es ist daher zweckmäßig, die Maße und Toleranzen für Größe und Lage der Bereiche, die wärmebehandelt sein müssen, in Absprache mit der Härterei festzulegen. Bereiche, an denen keine Wärmebehandlung erforderlich ist, sollten nicht gekennzeichnet werden.

Bereiche, die wärmebehandelt sein müssen

In der zeichnerischen Darstellung sind diejenigen Bereiche eines Teiles, die wärmebehandelt sein müssen, in Übereinstimmung mit ISO 128-24:1999 durch eine breite Strichpunktlinie Typ 04.2.1 außerhalb der Körperkontur zu kennzeichnen. Bei rotationssymmetrischen Teilen genügt es zur Vereinfachung, eine entsprechende Mantellinie („die Erzeugende“) zu kennzeichnen, wenn dies unmissverständlich ist (siehe z. B. Bild 10). Soweit erforderlich, sind Größe und Lage dieser Bereiche durch Maße und Toleranzen festzulegen. Der Übergang zwischen wärmebehandeltem und nicht wärmebehandeltem Bereich liegt grundsätzlich außerhalb der Nennmaßes für die Länge des wärmebehandelten Bereichs.

Bereiche, die wärmebehandelt sein dürfen

Neben Bereichen, die wärmebehandelt sein müssen, müssen auch Angaben zu Bereichen, die wärmebehandelt sein dürfen, gemacht werden, da dies die Durchführung der örtlich begrenzten Wärmebehandlung erleichtert und den Verzug vermindern kann. Bereiche, die wärmebehandelt sein dürfen, sind in Übereinstimmung mit ISO 128-24:1999 durch eine breite Strichlinie Typ 02.2.1 außerhalb der Körperkontur zu kennzeichnen und gegebenenfalls zu bemaßen. Die Angabe einer Toleranz ist für diese Bereiche im Allgemeinen nicht erforderlich (siehe Bilder 9, 11 und 31).

Bereiche, die nicht wärmebehandelt sein dürfen

Bereiche, die bei Ganzhärtung oder innerhalb der breiten Strichpunktlinie oder breiten Strichlinie nicht wärmebehandelt sein dürfen, sind in Übereinstimmung mit ISO 128-24:1999 mit einer schmalen StrichZweipunktlinie Typ 05.1 zu kennzeichnen.

Zeichnungen, die spezifische Angaben zur Wärmebehandlung angeben

Die Angaben zur Wärmebehandlung dürfen an einer separaten Darstellung des Teils gemacht werden. Diese Darstellung darf unvollständig und an einer beliebigen freien Stelle der Zeichnung platziert sein. Sie muss den Titel „Wärmebehandlungsbild“ tragen (siehe Bild 17). Analoges gilt für ein Randschichtschmelzbehandlungsbild.

Ausführungsbeispiele

Die detaillierte zeichnerische Darstellung ist im Kapitel 6. Ausführungsbeispiele der DIN ISO 15787 wiedergegeben, aus urheberrechtlichen Gründen können diese Bilder und Darstellungen hier nicht wiedergegeben werden.

• Die Bilder und die zugehörigen Angaben, in der Norm, sind Ausführungsbeispiele. Die Zweckmäßigkeit der Angaben ist anhand der verfahrenstechnischen Einzelheiten des Wärmebehandlungsverfahrens festzulegen.