Härteprüfung
Die Härteprüfung dient dazu Festigkeitseigenschaften eines Bauteiles durch eine Eindringprüfung mit einem Prüfkörper zu bestimmen. Dies umfasst die Bestimmung der Oberflächenhärte, der Kernhärte, der Schichthärte und Härteverlaufsmessungen. Besonders genaue Härteprüfungen erfolgen mit der instrumentierten Eindringprüfung, die auch in Abhängigkeit der Prüfkraft als Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung) bezeichnet wird. Wir bieten als Steinbeis-Transferzentrum Härteprüfungen von Bauteilen mit verschiedenen Härteprüfverfahren als Dienstleistung an.
Wir führen Härteprüfungen an
- Metallen,
- Nichtmetallen und
- Beschichtungen
durch und bestimmen
- die Oberflächenhärte,
- die Kernhärte,
- die Einhärtetiefe und
- die Härte von Beschichtungen.
Erfahren Sie durch Auswahl eines Themas mehr:
Mikro-
härteprüfung
Dünne Bleche
Kleine Bauteile
Nano-
indentierung
Materialcharakterisierung
Gefügebestandteile
Härteprüfung
Kunststoff
Härteprüfverfahren
Grundsätzlich unterscheidet man die Härteprüfverfahren in Verfahren mit statischer und dynamischer Aufbringung der Prüfkraft.
- Bei den statischen Härteprüfverfahren wird die Prüfkraft quasistatisch mit geringem Gradienten in der jeweils in den entsprechenden Normen definierten Zeit aufgebracht.
- Bei den dynamischen Härteprüfverfahren wird die Prüfkraft schlagartig aufgebracht, wodurch eine Stoßbelastung entsteht. Diese Härteprüfung wird in den mobilen Härteprüfgeräten verwendet.
Bei der Härteprüfung wird ein Prüfkörper in den Werkstoff eingedrückt und die Härte als Eindringwiderstand bestimmt. Für die Härteprüfung an Festkörpern werden überwiegend Verfahren mit statische aufgebrachter Prüfkraft eingesetzt. Zur Bestimmung der Härte dient entweder
- die Abdruckgröße (optische Messverfahren),
- die Eindringtiefe des Prüfkörpers (Tiefen-Messverfahren) oder
- der Kraft-Weg-Verlauf während der Prüfung (instrumentierte Eindringprüfung).
Optische Messverfahren
Die Härteprüfungen nach Vickers, Brinell und Knoop gehören zu den optischen Messverfahren. Bei diesen Härteprüfungen wird die Größe des bleibenden Abdruckes des Prüfkörpers im Bauteil lichtoptisch gemessen. Die Härteprüfung nach Vickers ist ein häufig verwendetes Prüfverfahren, denn dieses eignet sich zur Prüfung aller Feststoffe. Die Vickers-Härte (HV) wird durch optische Vermessung der Diagonalen des bleibenden Härteabdruckes ermittelt, der nach Belastung der Probe mit einem pyramidenförmigen Diamanten unter einer Prüfkraft gebildet wird. Die Härteprüfung nach Brinell wird für weiche bis mittelharte Proben aus Werkstoffen mit einer groben oder inhomogenen Kornstruktur verwendet. Die Knoop-Härteprüfung ist ein Härteprüfverfahren, das als Alternative zum Vickers Verfahren zur Prüfung von dünnen Schichten bzw. spröden Materialien entwickelt wurde. Bei diesem dient eine asymmetrische vierseitige Pyramide als Prüfkörper.
- Vickers (HV)
- Brinell (HBW)
- Knoop (HK)
Tiefen-Messverfahren
Zu den Tiefen-Messverfahren gehört die Härteprüfung nach Rockwell. Dabei handelt es sich um ein schnelles Prüfverfahren, welches in erster Linie für metallische Werkstoffen entwickelt wurde. Bei diesem wird zuerst eine geringe Prüfkraft aufgebracht, dann die Hauptkraft und nach einer bestimmten Zeit wird diese wieder bis zur Höhe der Vorkraft zurückgenommen. Am meisten wird das Verfahren nach Skala C eingesetzt, welches als Prüfkörper eine Diamantkegel (C=Cone) hat. Die mit diesem Verfahren ermittelte Härte erhält den Zusatz HRC. Für mittelharte Stähle wird die Skala B (B=Ball) mit einer Wolframcarbidkugel (W) als Prüfkörper verwendet. Die aus dieser Härteprüfung ermittelte Härte erhält den Zusatz HRBW. Das Super-Rockwell-Verfahren eignet sich besonders für die Härteprüfung von dünnen Bauteilen und Schichten bzw. bei Proben, deren Härtewert außerhalb der regulären Rockwell-Skala liegt. Das Super-Rockwell-Verfahren ist der USA weiter verbreitet als in Europa.
- Rockwell (HR – A, B, C, D, F, G, N)
- Super-Rockwell (HR – 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T)
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Härteprüfungen.
Instrumentierte Eindringprüfung
(Martens-Härteprüfung,
Universalhärteprüfung)
Die instrumentierte Eindringprüfung dient dazu die Härte und mit sehr kleinen Prüfkräften zu bestimmen und dazu noch weitere Materialkennwerte durch eine quasi zerstörungsfreie Eindringprüfung. Dieses Verfahren wird je nach Größe der Prüfkraft als Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung bezeichnet. Ein großer Verfahrensvorteil ist, dass die Härte mit großer Genauigkeit bestimmt werden und noch Materialkennwerte wie z.B. der E-Modul, das Dämpfungsverhalten, die Streckgrenze und die elast./plast. Verformungskapazitäten eines Werkstoffes. Dazu wird während der Eindringprüfung der Kraft-Weg-Verlauf präzise gemessen und anschließend ausgewertet. Deshalb wird diese Prüfung als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet bzw. früher häufiger als Martens-Härteprüfung. Als Prüfkörper werden i.d.R. eine Vickers- oder Berkovich-Pyramide verwendet.
Die instrumentierte Eindringprüfung wird für Härteprüfung von Beschichtungen, für Härteverlaufsmessungen und zur Ermittlung der Einhärtetiefe von randschichtgehärteten Bauteilen eingesetzt. Des Weiteren kann mit diesem Verfahren die Härteverteilung über eine Fläche (Härtemapping) bestimmt werden, z.B. für Schweißnahtprüfungen.
Kennwerte
- Martens-Härte
- Universalhärte
- Vickershärte
- Elastizitätsmodul
- Streckgrenze
- Verlustmodul
- Speichermodul
- Verlustfaktor
- Eindringkriechen
- Eindringrelaxation
- Verformungsarbeit (elast./plast.)
Härteverlaufsmessungen
Die Härteverlaufsmessung dient dazu um die Einhärtetiefe (EHT, RHT, NHT) von randschichtgehärteten Stählen zu bestimmen. Bei dieser wird eine Reihe von Härteeindrücken am polierten Querschliff vom Probenrand in Richtung der Probenmitte gesetzt. Dies erfolgt mit der Mikrohärteprüfung oder der Nanoindentierung mit. Aus diesem so ermittelten Härte-Tiefen-Verlauf wird die Einhärtetiefe ermittelt. Diese wird je nach Verfahren als Einsatzhärtetiefe Eht, Nitrierhärtetiefe Nht oder Randschichthärtetiefe Rht bezeichnet. Mit der Härteverlaufsmessung erfolgen auch Schweißnahtprüfungen.
- Einsatzhärtetiefe (CHD, EHT)
- Randschichthärtetiefe (SHD, RHT)
- Nitrierhärtetiefe (NHT)
Mobile dynamische Härteprüfung
Die mobile Härteprüfung nach Leeb zählt ist ein Rückprallhärteverfahren und gehört zu den zerstörungsfreien Härteprüfverfahren. Es handelt sich um ein dynamisches Verfahren bei dem ein Schlagkörper mit einer definierten Energie auf die Oberfläche trifft. Je nach erforderlicher Schlagenergie bzw. der Größe des Eindringkörpers, gibt es unterschiedliche Schlagkörper. Vorzugsweise wird die Prüfung nach Leeb zur mobilen Härteprüfung an massiven Bauteilen eingesetzt.
Ein weiteres Verfahren zur mobile Härteprüfung, welches auch zerstörungsfrei arbeitet, ist das UCI-Härteprüfverfahren. Beim UCI Verfahren wird der Vickers Eindringkörper über einen mechanischen Resonator angeregt und die Koppelimpedanz beim Kontakt mit der Probe gemessen.
Der Poldihammer ist auch ein Schlaghärteprüfer zur mobilen dynamischen Härteprüfung und stellt eine Abwandlung der klassischen Brinell-Methode dar. Mit ihm kann die Härte vor Ort geprüft werden, wenn das Prüfgerät senkrecht auf das Bauteil aufgesetzt werden kann und Raum für die Durchführung eines Hammerschlages vorhanden ist. Durch den Schlag mit einem Hammer wird die Kugel gleichzeitig in das Prüfstück und in das eingeführte Vergleichsstück gedrückt. Die beiden Prüfeindrücke werden anschließend lichtoptisch vermessen und mit Hilfe einer Vergleichstabelle wird aus dem Verhältnis der beiden Eindruck-Durchmesser die Härte des Prüflings bestimmt.
Härteprüfung an Bauteilen
Welche Härteprüfung?
Vickers Härteprüfung
- Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
- Für kleine bis große Werkstücke
- Härteverlaufsmessungen zur Ermittlung von Härtetiefen (Mikrohärte)
- Härteverteilung über Schweißnahtbereiche (Mikrohärte)
Brinell Härteprüfung
- Weiche Metalle (Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Blei, Zinn) bis hin zu mittelharten Metallen (vergütete Stähle).
- Werkstoffe mit grober oder inhomogener Kornstruktur
Rockwell Härteprüfung
- Bauteile mittlerer bis hoher Härte, z.B. durchgehärtete oder tief randschichtgehärtete
- Mittelgroße bis große Werkstücke
Knoop Härteprüfung
- Spröde Werkstoffe
- Beschichtungen
Mobile dynamische Härteprüfung
- Besonders große oder schwere Werkstücke
- Vor-Ort-Härteprüfungen
Instrumentierte Eindringprüfung
- Dünne und sehr dünne Beschichtungen
- Dünne Bleche
- Kleine Bauteile
- Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
Wie wird Härte definiert?
Die Härte ist der mechanische Widerstand eines Werkstoffes gegen das mechanische Eindringen eines anderen härteren Körpers. Die Härte kann sich durch Wärme verändern, das heißt die Härte eines Werkstückes nimmt nach einer Wärmebehandlung einen anderen Wert an. Die Härte gehört nicht zu den Grundeigenschaften eines Werkstoffs. Deswegen muss der quantitativ ermittelte Wert immer in Bezug zum Härteprüfverfahren mit den folgenden Parametern gesetzt werden:
- Prüfkraft
- Last-Zeit-Profil
- Lasteinwirkdauer
- Prüfkörper
Warum eine Härteprüfung?
Die Härteprüfung wird gemacht zum Bestimmen des Widerstands, den ein Werkstoff der dauerhaften Verformung durch Eindringen eines härteren Eindringkörpers entgegensetzt. bestimmt werden. Damit lässt sich entscheiden ob ein bestimmter Werkstoff oder eine bestimmte Werkstoffbehandlung für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignet ist.
Was wird bei der Härteprüfung gemessen?
Bei der Härteprüfung wird ein Prüfkörper in den Werkstoff eingedrückt und die Härte als Eindringwiderstand bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt durch:
- Messen der Größe des vom Prüfkörper hinterlassenen Eindrucks (optische Messverfahren)
- Messen der Eindringtiefe des Prüfkörpers (Tiefen-Messverfahren)
- Auswertung der Kraft-Weg-Kurve (instrumentierte Eindringprüfung)
Die instrumentierte Eindringprüfung (Martens Härteprüfung) ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur die Härte mit hoher hohe Genauigkeit bestimmt wird sondern auch aus der Kraft-Weg-Kurve weitere Werkstoffkennwerte bestimmt werden können.