TY - THES

T1 - Einfluss des Gefüges von explosionsverfestigtem Hadfield-Stahl auf die Ausbreitung akustischer Oberflächenwellen

AU - Feichtenschlager, Lukas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Über 25 % aller Weichenherzen in Österreich bestehen aus Hadfield-Stahl, auch Mn-13 Stahl genannt. Dieser Stahl gilt aufgrund seiner Gussstruktur und groben Körner als nicht ultraschallprüfbar. Ziel dieser Diplomarbeit ist es zu prüfen, ob mithilfe von Oberflächenwellen eine Ultraschallprüfung in oberflächennahen Bereichen möglich ist und ob die Explosionsverfestigung, welche der Hadfield-Stahl zur Lebensdauer- verlängerung ausgesetzt wird, zu einer Änderung der Ausbreitung der Oberflächenwelle führt. Abschließend soll geklärt werden, ob Risse mit dem verwendeten Setup detektiert werden können.Oberflächenwellen besitzen aufgrund ihrer niedrigeren Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Longitudinalwellen eine wesentlich geringere Wellenlänge bei gleicher Frequenz. Diese kleinere Wellenlänge führt zu einem größeren Verhältnis von Korngröße zu Wellenlänge. Dieses Verhältnis ist für die Art des Streuungsmechanismus entscheidend, welcher maßgeblich für die Dämpfung bei Raumtemperatur verantwortlich ist.Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfungskoeffizient wurden im Transmissions- verfahren für verschiedene Stadien der Explosionsverfestigung gemessen. Dazu wurden lichtmikroskopische Aufnahmen nahe den Messpositionen an Schienenkopf und Schienenfuß durchgeführt, um die Korngröße zu bestimmen. Zusätzlich wurden die Probenkörper einer Härteverlaufsprüfung unterzogen.Die Explosionsverfestigung führt zu einer Zunahme der Härte nahe der Oberfläche. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Dämpfungskoeffizient von Rayleighwellen aufgrund der Explosionsverfestigung für Messfrequenzen an Schienenproben von 1 und 2 MHz am Schienenkopf signifikant abnimmt. Dies ist auf eine Abnahme der Streuung zurückzuführen. Dieser Effekt tritt auch am Schienenfuß auf, der bei der Explosionsverfestigung ebenfalls plastifiziert wird. Es ist ein Trend bei der Abnahme der Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die Explosionsverfestigung bei Messungen mit Frequenzen von 2 MHz zu beobachten, dessen genaue Abklärung noch weiterer Untersuchungen bedarf.Die experimentellen Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass eine Rissdetektion am Hadfield-Stahl mit Oberflächenwellen möglich ist und ein Riss zu einer Verringerung der Amplitude und Laufzeitverlängerung der Welle führen kann.

AB - Über 25 % aller Weichenherzen in Österreich bestehen aus Hadfield-Stahl, auch Mn-13 Stahl genannt. Dieser Stahl gilt aufgrund seiner Gussstruktur und groben Körner als nicht ultraschallprüfbar. Ziel dieser Diplomarbeit ist es zu prüfen, ob mithilfe von Oberflächenwellen eine Ultraschallprüfung in oberflächennahen Bereichen möglich ist und ob die Explosionsverfestigung, welche der Hadfield-Stahl zur Lebensdauer- verlängerung ausgesetzt wird, zu einer Änderung der Ausbreitung der Oberflächenwelle führt. Abschließend soll geklärt werden, ob Risse mit dem verwendeten Setup detektiert werden können.Oberflächenwellen besitzen aufgrund ihrer niedrigeren Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu Longitudinalwellen eine wesentlich geringere Wellenlänge bei gleicher Frequenz. Diese kleinere Wellenlänge führt zu einem größeren Verhältnis von Korngröße zu Wellenlänge. Dieses Verhältnis ist für die Art des Streuungsmechanismus entscheidend, welcher maßgeblich für die Dämpfung bei Raumtemperatur verantwortlich ist.Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfungskoeffizient wurden im Transmissions- verfahren für verschiedene Stadien der Explosionsverfestigung gemessen. Dazu wurden lichtmikroskopische Aufnahmen nahe den Messpositionen an Schienenkopf und Schienenfuß durchgeführt, um die Korngröße zu bestimmen. Zusätzlich wurden die Probenkörper einer Härteverlaufsprüfung unterzogen.Die Explosionsverfestigung führt zu einer Zunahme der Härte nahe der Oberfläche. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Dämpfungskoeffizient von Rayleighwellen aufgrund der Explosionsverfestigung für Messfrequenzen an Schienenproben von 1 und 2 MHz am Schienenkopf signifikant abnimmt. Dies ist auf eine Abnahme der Streuung zurückzuführen. Dieser Effekt tritt auch am Schienenfuß auf, der bei der Explosionsverfestigung ebenfalls plastifiziert wird. Es ist ein Trend bei der Abnahme der Ausbreitungsgeschwindigkeit durch die Explosionsverfestigung bei Messungen mit Frequenzen von 2 MHz zu beobachten, dessen genaue Abklärung noch weiterer Untersuchungen bedarf.Die experimentellen Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass eine Rissdetektion am Hadfield-Stahl mit Oberflächenwellen möglich ist und ein Riss zu einer Verringerung der Amplitude und Laufzeitverlängerung der Welle führen kann.

KW - Ultrasonic-testing

KW - Hadfield Steel

KW - Surface Acoustic Waves

KW - Hartmanganstahl

KW - Ultraschallprüfung

KW - Oberflächenwellen

M3 - Masterarbeit

ER -