Härteprüfung
Mit der Härteprüfung wird der Widerstand gegen Eindringen eines anderen Körpers bestimmt. Wir bieten im Steinbeis-Transferzentrum verschiedene Härteprüfungen gemäß den internationalen Normen als Dienstleistung an. Die Härte bestimmt entscheidend das Reibungs- und Verschleißverhalten sowie die Haltbarkeit eines Bauteils. Stimmt bei einem Bauteil die Härte nicht, kann es zum Versagen eines Bauteils und somit sogar zum Ausfall einer ganzen Anlage kommen. Wir führen Härteprüfungen an Metallen, Kunststoffen sowie Beschichtungen durch und bestimmen dadurch die Oberflächenhärte, die Kernhärte, die Randschichthärte und Schichthärte.
Als Steinbeis Transferzentrum führen wir Härteprüfungen mit den gängigsten Verfahren durch, incl. der instrumentierten Eindringprüfung bei der die Härte und weitere Materialkennwerte aus der gemessenen Kraft-Weg-Kurve berechnet werden. Unser Kunden in Industrie und Wissenschaft schätzen es, dass wir als Labor an einer Hochschule über die wissenschaftlichen Grundlagen für die Verfahren verfügen.
Härteprüfverfahren (optische Messverfahren)
- Vickers (HV)
- Brinell (HBW)
- Knoop (HK)
Härteprüfverfahren (Tiefenmessverfahren)
- Rockwell (HR – A, B, C, D, F, G, N)
- Superrockwell (HR – 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T)
- Rockwell alpha: (HR – E, L, M, R)
Instrumentierte Eindringprüfung
- Martens (HM)
- Mikrohärteprüfung
- Nanoindentierung
- Härteverteilung (Mapping)
- Härteverlaufsmessung
- Nitrierhärtetiefe Nht
- Einhärtetiefe SHD (RHT)
- Einsatzhärtungstiefe CHD (EHT)
Kunststoffe
- Kugeldruckhärte (HB)
- Shore-Härte (A, D)
Sonstiges
- Kleinlasthärteprüfung
- Härteprüfung Schweißnähte
- Härte bei hoher Temperatur
Härteprüfung Vickers, Brinell, Knoop, Rockwell
Die Härteprüfungen nach Vickers, Brinell und Knoop gehören zu den optischen Messverfahren. Bei diesen Härteprüfungen wird nur eine einzelne Prüfkraft aufgebracht und anschließend wird die Größe des plastischen Abdruckes des Prüfkörpers im Bauteil lichtoptisch gemessen. Die Härteprüfung nach Vickers ist ein sehr häufig verwendetes Prüfverfahren, denn diese eignet sich zur Prüfung aller Feststoffe. Die Vickers-Härte (HV) wird bei der Makrohärteprüfung durch optische Vermessung der Diagonalen des bleibenden Härteabdruckes ermittelt, der nach Belastung der Probe mit einem pyramidenförmigen Diamanten unter einer Prüfkraft gebildet wird. Die optische Vermessung ist nach Norm ab Diagonallängen von 20 µm zulässig. Bei kleineren Diagonalen muss die Härte aus der instrumentierten Eindringprüfung (Martens Härteprüfung) bestimmt werden wo die Materialkennwerte aus dem Kraft-Weg-Verlauf berechnet werden. Die Knoop-Härteprüfung ist ein statisches Härteprüfverfahren, das als Alternative zum Vickers Verfahren entwickelt wurde zur Prüfung von dünnen Schichten bzw. spröden Materialien. Die Härteprüfung nach Brinell wird für große Proben aus Werkstoffen mit einer groben oder inhomogenen Kornstruktur verwendet. Sie hinterlässt nach der Belastung durch eine Wolframkarbidkugel einen verhältnismäßig großen Eindruck.
Zu den Tiefen-Messverfahren gehört die Härteprüfung nach Rockwell, als schnelles Verfahren, das in erster Linie für metallische Werkstoffen entwickelt wurde. Bei diesem wird zuerst eine geringe Vorkraft aufgebracht, dann die Hauptkraft und nach einer bestimmten Zeit wird diese wieder bis zur Vorkraft zurückgenommen. Meist eingesetzt ist das Verfahren nach Skala C (engl. cone) mit einem Diamantkegel, wozu die Härteangabe den Zusatz HRC erhält. Für weichere und mittelharte Stähle und Messing wird die Skala B verwendet mit einer Wolframcarbidkugel (W) als Prüfkörper. Der aus dieser Härteprüfung ermittelte Härtewert erhält den Zusatz HRBW.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Härteprüfungen.
Instrumentierte Eindringprüfung
(Martens Härteprüfung)
Die instrumentierte Eindringprüfung (Martens Härteprüfung) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Härte aus der während der Prüfung gemessenen Kraft-Weg-Kurve berechnet wird. Dadurch wird zum einen eine hohe Genauigkeit erreicht und zum anderen können dadurch weitere Materialkennwerte zur Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften bestimmt werden. Hierzu gehört beispielsweise der Elastizitätsmodul, der in der Nähe des Bauteilrandes die Höhe der Kontaktspannungen (Hertzsche Kontaktpressung) bestimmt. Der tastsächliche E-Modul unterscheidet sich am Bauteilrand meistens erheblich von den Angaben im Datenblatt eines Werkstoffes.
Die Prüfkräfte sind bei der instrumentierten Eindringprüfung klein und je nach Größe wird das Verfahren als Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung bezeichnet. Die instrumentierte Eindringprüfung wird zur Bestimmung der Härte von Beschichtungen, für Härteverlaufsmessungen und zur Ermittlung der Einhärtetiefen von randschichtgehärteten Bauteilen eingesetzt. Des Weiteren kann mit diesem Verfahren die Härteverteilung über eine Fläche (Härtemapping) bestimmt werden, indem Prüfpunkte matrixförmig angeordnet werden. Des Weiteren kann mit diesem Verfahren das Dämpfungsverhalten des Werkstoffes als Materialeigenschaft bestimmt werden, und das quasi zerstörungsfrei. Dieses bestimmt die Fähigkeit des Materials Vibrationen und Körperschall zu dämpfen und bei Gleitreibungspaarungen die Neigung zu Stick-Slip-Schwingungen.
Materialkennwerte instrumentierte Eindringprüfung
- Oberflächenhärte
- Elastizitätsmodul
- Martenshärte
- Streckgrenze
- Dämpfungsverhalten
- Härteverlauf
- Verlustmodul
- Speichermodul
- Verlustfaktor
Beispielhafter Ablauf instrumentierte Härteprüfung:
Einhärtetiefe bestimmen
(Härteverlaufsmessungen)
Die Bestimmung der Einhärtetiefe (Eht, Nht, Rht) von randschichtgehärteten Stählen erfolgt durch die Härteverlaufsmessung. 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 kleinen Prüfkräften. 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 erfolgt auch die Härteprüfung von Schweißnähten.
Mobile Härteprüfung
Die mobile Härteprüfung nach Leeb zählt zu den Rückprallhärteverfahren. 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, die für eine Härteprüfmaschine zu groß wären.
Ein weiteres Verfahren zur mobile Härteprüfung 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.
Härteprüfung Kunststoff
Die Härte von Kunststoffen und Hartgummi wird vorzugsweise durch eine Kugel als Eindringkörper nach ISO 2039-1 oder nach ISO 2039-2 ermittelt. In der Norm ISO 2039-1 wird die Kugeleindruckhärte (HB) mittels des sogenannten Kugeleindrucksversuchs bestimmt. Die Norm ISO 2039-2 beschreibt die Bestimmung der Härte mit dem Rockwell-Härteprüfverfahren nach den Rockwell-Härteskalen E, L, M und R. Beide Härteprüfverfahren werden mit einer Härteprüfmaschine durchgeführt. Es handelt sich bei diesen Verfahren um Tiefen-Messverfahren, d.h. der Härtewert wird aus der Eindringtiefe des Prüfkörpers in den Probenkörper berechnet. Als Eindringkörper dient eine gehärtete Stahlkugel mit verschiedenen Durchmessern.
Shore Härteprüfung
Die Shore-Härteprüfung dient vorwiegend dazu die Härte von Elastomeren und steifen Thermoplasten zu bestimmen. Bei diesem Härteprüfverfahren wird der jeweilige Eindringkörper mit einer definierten Federkraft in den Prüfkörper gedrückt. Die dann sich ergebende Eindringtiefe stellt somit ein Maß für die Shore-Härte dar.
Die Shore Härteprüfverfahren nach ISO 7619-1, ISO 868, DIN 53505 und ASTM D2240 gehören zu den genormte Verfahren. Es handelt sich bei der Shore-Härteprüfung um ein Tiefen-Messverfahren, d.h. der Härtewert wird aus der Eindringtiefe des Prüfkörpers in den Probenkörper berechnet. Als Eindringkörper dient ein gehärteter Stahlstift (Kegelstumpf, Kegelspitze) oder eine gehärtete Stahlkugel.