Härteprüfung
Die Härteprüfung dient dazu die Härte eines Bauteils als Widerstand gegen einen eindringenden Prüfkörper zu bestimmen. Dies umfasst die Messung der Oberflächenhärte, der Kernhärte, der Schichthärte und Härte-Tiefen-Verlaufsmessungen. Besonders präzise Härteprüfungen werden durch die instrumentierte Eindringprüfung ermöglicht. Diese wird in Abhängigkeit der Prüfkraft als Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung bezeichnet.
Als Steinbeis-Transferzentrum führen wir Härteprüfungen als Dienstleistung und prüfen
- Metalle,
- Kunststoffe,
- Elastomere,
- Beschichtungen.
und bestimmen
- die Oberflächenhärte,
- die Kernhärte,
- die Schichthärte,
- die Einhärtetiefe,
- den Härte-Tiefen-Verlauf.
Unsere Leistungen
Makro-
härteprüfung
Mikro-
härteprüfung
Dünne Bleche
Kleine Bauteile
Nano-
indentierung
Materialcharakterisierung
Gefügebestandteile
Härteprüfung
Kunststoffe
O-Ringe
Dichtungen
Härteprüfverfahren
Grundsätzlich unterscheidet man bei den 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 (HV0.5, HV1, HV2, Hv3, HV5, HV10, HV30, HV100, HV120)
- Brinell (HBW1/x, HBW2.5/x, HBW5/x, HBW10/x)
- Knoop (HK1)
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, H, K)
- 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 von Bauteilen mit sehr kleinen Prüfkräften und geringen Eindringtiefen des Prüfkörpers zu bestimmen. Dieses Verfahren wird je nach Größe der Prüfkraft als Mikrohärteprüfung oder Nanoindentierung bezeichnet. Ein großer Verfahrensvorteil ist, dass die Härte mit großer Genauigkeit bestimmt wird sowie weitere Materialkennwerte durch eine quasi zerstörungsfreie Eindringprüfung am realen Bauteil ermittelt werden können. Dabei handelt es sich z.B. um den 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. Dadurch wird eine sehr hohe Genauigkeit erreicht, die deutlich größer ist, als wenn die Vickers-Härte mittels optischer Vermessung eines bleibenden Abdruckes bestimmt wird. Auch diese Vorgehensweise wird teilweise als Mikrohärteprüfung bezeichnet, aber erreicht nicht die erforderliche Genauigkeit. Durch die geringen Prüfkräfte sind Härteprüfungen an kleinen Bauteilen und spröden Werkstoffen möglich. Als Prüfkörper werden i.d.R. eine Vickers- oder Berkovich-Pyramide verwendet.
Die instrumentierte Eindringprüfung wird für Härteprüfung von Beschichtungen und für Härteverlaufsmessungen 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.
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.
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 Kunststoffe
Die Härteprüfungen von Kunststoffen und Hartgummi wird vorzugsweise durch eine Kugel als Prüfkörper ermittelt. Damit wird die Kugeldruckhärte oder die Rockwellhärte nach ISO 2039-2 bestimmt. 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 unterschiedlichen Durchmessern.
- Kugeldruckhärte HB
- Rockwellhärte HR
Härteprüfung Elastomere
Die Härteprüfungen von Elastomeren erfolgen mit der Shore-Härteprüfung und der IRHD-Härteprüfung. Damit wird die Härte am Ausgangsmaterial (Prüfplatten) und an Fertigteilen (O-Ringe, Dichtungen, Elastomerbauteile) bestimmt. Diese Prüfverfahren dienen dazu die Härte als Eindringwiderstand für Elastomere und gummielastische Polymere zu bestimmen. Dazu wird der jeweilige Prüfkörper mit einer definierten Federkraft in den Prüfkörper gedrückt. Die sich dann ergebende Eindringtiefe stellt somit ein Maß für die Shore-Härte oder die IRHD-Härte dar.
- Shore A
- Shore D
- Shore 00
- Micro Shore A
- IRHD M (Micro)
Härteprüfung an Bauteilen
Welches Härteprüfverfahren?
Die Wahl des Härteprüfverfahrens wird durch die Art und Homogenität des Werkstoffs, das Gefüge, die Größe der Probe und seinen Werkstoffzustand bestimmt. Bei allen Härteprüfungen muss die Probe repräsentativ für das gesamte Gefüge sein. Eine Ausnahme davon ist, wenn man z.B. die Härte von verschiedenen Gefügebestandteilen bestimmen möchte. Aus diesem Grund sollte bei einem heterogenen Gefüge ein größerer Eindruck als bei einem homogenen Werkstoff erreicht werden. Für jede Härteprüfung gibt es eigene Normen, die genaue Informationen über das Verfahren und dessen genauen Ablauf beinhaltet.
Vickers Härteprüfung
- Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
- Für kleine bis große Werkstücke
- Härteverlaufsmessungen zur Ermittlung von Einhärtetiefen
- Härteverteilung über Schweißnahtbereiche
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
- Bauteile aus Kunststoff
Knoop Härteprüfung
- Spröde Materialien
- Beschichtungen
Mobile Härteprüfung
- Besonders große oder schwere Werkstücke
- Vor-Ort-Härteprüfungen
Instrumentierte Eindringprüfung
- Dünne und sehr dünne Beschichtungen
- Kleine Bauteile
- Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
Shore und IRHD Härteprüfung
- Elastomerbauteile (Ausgangsmaterial, Fertigteile)
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.