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Ferrit ist eine kubisch-raumzentrierte Modifikation des Eisens (α-Fe), die in bestimmten Stählen vorkommt, vor allem in nichtrostenden Duplex- und austenitischen-ferritischen Edelstählen. Ferrit ist magnetisch und zeichnet sich durch hohe Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit aus. Die Eigenschaften eines Stahls hängen stark vom Verhältnis von Ferrit zu Austenit ab. Ein ausgewogener Ferritgehalt kann beispielsweise die Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und die Schweißbarkeit verbessern.
Die präzise Messung des Ferritgehalts ist entscheidend, da:
Ferritgehaltsmessgeräte arbeiten in der Regel nach magnetisch-induktiven oder ferromagnetischen Verfahren. Hier sind die beiden Hauptprinzipien:
Magnetisch-induktives Verfahren
Ein Magnetfeld wird durch eine Spule erzeugt. Befindet sich ein ferritischer Werkstoff in diesem Feld, verändert dieser dessen Induktivität. Die Veränderung der Induktivität steht in direkter Beziehung zur magnetischen Permeabilität und damit zum Ferritgehalt. Die Geräte messen diese Abweichung und berechnen daraus den Ferritanteil in Ferritnummern (FN) oder Prozent.
Magnetische Sättigung
Einige Ferrit Messgeräte nutzen die Eigenschaft, dass ferritische Bestandteile in Sättigung magnetisiert werden können. Der durch Ferrit verursachte magnetische Fluss wird gemessen und in Ferritgehalt umgerechnet.
Beim Schweißen von Duplex- und austenitischen Edelstählen ist die Kontrolle des Ferritgehalts in der Wärmeeinflusszone (WEZ) und der Schweißnaht von entscheidender Bedeutung. Beide Werkstoffgruppen sind auf ein ausgewogenes Verhältnis ihrer Gefügeanteile angewiesen, um ihre besonderen Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Festigkeit zu erhalten.
Beim Schweißen verändern sich jedoch die Gefügestrukturen durch den Wärmeeintrag. Ist der Ferritgehalt nach dem Schweißen zu hoch oder zu niedrig, kann dies zu Materialversagen führen – z. B. durch Sprödbruch, Rissbildung oder verringerte Korrosionsbeständigkeit.
Einsatz von Ferritgehaltsmessgeräten
Nach dem Schweißen werden die Schweißnähte und angrenzenden Zonen mit Ferritgehaltsmessgeräten untersucht. Die Messung erfolgt berührend mit einem Sondenkopf, der direkt auf die Oberfläche der Naht gesetzt wird. Dabei ist die Messung:
Die Ferrit Messgeräte zeigen den Ferritgehalt direkt in Ferritnummern (FN) oder in Prozent an, häufig mit der Option zur Speicherung und Dokumentation der Messwerte.
In Branchen wie der Lebensmittelindustrie, der chemischen Prozessindustrie und der Pharmaindustrie gelten besonders strenge Anforderungen an:
Edelstähle wie AISI 304, 316L oder Duplex-Stähle werden häufig eingesetzt, da sie inert gegenüber vielen Substanzen sind. Allerdings hängen ihre Schutzeigenschaften stark von der exakten Gefügestruktur ab – und damit vom Ferritanteil im Material.
Rolle des Ferritgehalts in der Edelstahlqualität
Der Ferritgehalt beeinflusst wesentlich die Korrosionsbeständigkeit und Mikrostruktur der eingesetzten Edelstähle:
Einsatz von Ferritgehaltsmessgeräten in der Qualitätskontrolle
Ferritgehaltsmessgeräte kommen in der industriellen Edelstahlverarbeitung in folgenden Prüfpunkten zum Einsatz:
Überprüfung des Ferritgehalts in angelieferten Edelstahlhalbzeugen oder Blechen, um Abweichungen von der Spezifikation zu erkennen.
Detektion ferritischer Umwandlungen nach Umform-, Biege- oder Schweißprozessen.
Dokumentation der Materialstruktur, insbesondere bei hochwertigen Anlagenkomponenten wie Reaktoren, Tanks, Ventilen oder Rohrleitungen.
Kontrolle, ob z. B. bei einer Wärmebehandlung, beim Autoklavieren oder nach Heißdampfsterilisation ungewünschte Veränderungen im Gefüge aufgetreten sind.
Typische Messorte und -objekte
Die Messung erfolgt zerstörungsfrei, meist punktuell oder rasterartig entlang kritischer Zonen. Moderne Ferritgehaltsmessgeräte bieten hohe Reproduzierbarkeit und sind speziell für hygienisch sensible Einsatzorte konzipiert (robuste Gehäuse, einfache Reinigung, Einhandbedienung).
Offshore-Anlagen wie Öl- und Gasplattformen, Windkraftanlagen oder Förderleitungen sowie der moderne Schiffbau stehen vor extremen Materialanforderungen. Die eingesetzten Komponenten sind dauerhaft aggressiven Medien ausgesetzt, etwa:
Um diese Einflüsse langfristig zu überstehen, kommen häufig nichtrostende Edelstähle (z. B. Duplex-Stähle, Superduplex, austenitische CrNiMo-Stähle) mit hohen Anforderungen an Korrosions- und Rissbeständigkeit zum Einsatz. Der Ferritgehalt spielt hier eine entscheidende Rolle. Der richtige Ferritanteil trägt zur Widerstandsfähigkeit des Werkstoffs gegen:
Ein zu niedriger Ferritanteil, z. B. durch zu hohe Austenitbildung in Schweißnähten, kann die Anfälligkeit erhöhen – insbesondere bei chloridhaltigen Medien.
Bei zu hohem Ferritanteil kann die lokale elektrochemische Stabilität sinken, was in Kombination mit Seewasser zu Materialangriffen führt.
Besonders bei Wanddurchführungen, Flanschen, Tankanschlüssen oder Deckstrukturen ist eine kontrollierte Schweißverbindung mit definiertem Ferritanteil erforderlich.
Typische Anwendungen für Ferritgehaltsmessgeräte
Ferritmessgeräte werden in folgenden Bereichen eingesetzt:
Besonders bei Verbindungen, die thermischen oder mechanischen Lastwechseln ausgesetzt sind.
Diese Komponenten dürfen durch kein unentdecktes Gefügefäll verformt oder korrodieren.
Wie Geländer, Maschinenrahmen, Ankerpunkte und Hydrauliksysteme – sowohl bei Fertigung an Land als auch bei Wartung auf See.
Vor Ort auf See: Mobile Ferritmessgeräte ermöglichen eine sofortige Überprüfung von Reparaturschweißungen.
In der Luft- und Raumfahrtindustrie gelten außergewöhnlich hohe Anforderungen an Werkstoffreinheit, Festigkeit, Zuverlässigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Selbst kleinste strukturelle Veränderungen können erhebliche Auswirkungen auf die Belastbarkeit, Lebensdauer und Funktionssicherheit von Bauteilen haben. Deshalb wird bei der Auswahl und Verarbeitung von nichtrostenden Edelstählen, insbesondere austenitischen und Duplex-Stählen, ein besonderes Augenmerk auf den Ferritgehalt gelegt.
Bedeutung des Ferritgehalts für die Luft- und Raumfahrttechnik
Die Gefügeausbildung innerhalb des Edelstahls bestimmt entscheidend:
Ein zu hoher Ferritanteil kann zu:
Zu niedriger Ferritanteil hingegen kann:
Typische Einsatzbereiche für Ferritgehaltsmessgeräte in der Luft- und Raumfahrt
z. B. Triebwerksaufhängungen, Halterungen, Tankkomponenten oder Rohrleitungen.
etwa bei Gehäusen für Sensorik, Druckbehältern oder Instrumententrägern aus Edelstahl.
insbesondere bei Bauteilen aus speziell legierten CrNiMo-Stählen mit engen Spezifikationen.
z. B. in der Nähe von Gyroskopen, Antennen, Navigations- oder Steuerungssystemen – hier ist ein minimaler Ferritgehalt (bzw. maximale Nicht-Magnetisierbarkeit) sicherzustellen.
Beim Erwerb eines solchen Geräts sollten folgende Kriterien berücksichtigt werden:
Beim Erwerb eines solchen Geräts sollten folgende Kriterien berücksichtigt werden:
Kalibrierung und Normkonformität
Messkopfgröße und Zugänglichkeit
Datenspeicherung und Schnittstellen
Robustheit und Bedienbarkeit
Service, Support und Kalibrierzertifikate