Knoop Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Knoop dient zur Bestimmung der Härte von Bauteilen aus spröden Werkstoffen und von Beschichtungen. Als Steinbeis-Transferzentrum bieten wir die Knoop-Härteprüfung als Dienstleistung an. Dazu wird in einer Eindringprüfung ein Prüfkörper in das zu prüfende Bauteil eingedrückt und anschließend der bleibende Härteabdruck optisch vermessen. Aus dessen Größe wird dann die Knoophärte HK berechnet.
Die Härteprüfung nach Knoop gehört zu den optischen Messverfahren bei denen der bleibende plastische Eindruck des Prüfkörpers vermessen wird, während bei den Tiefen-Messverfahren die Eindringtiefe des Prüfkörpers zur Ermittlung der Härte dient. Das Knoop-Verfahren ist in der USA weiter verbreitet als in Europa.
Wie wird die Knoop Härteprüfung durchgeführt?
Bei der Knoop Härteprüfung wird eine Rhomboid (asymmetrische vierseitige Pyramide) als Prüfkörper mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der bleibende rautenförmige Abdruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Hierzu wird die Längen der längsten Diagonalen ld des Abdruck ausgemessen und daraus der Härtewert berechnet. Je kleiner der Abdruck, desto härter ist das getestete Material. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird mit dem Verfahrensnamen Knoop (HK = Härte Knoop) bezeichnet.
Welche Werkstoffe können nach Knoop geprüft werden?
Mit Knoop werden insbesondere spröde Werkstoffe (Keramik, Glas), Sinterwerkstoffe und Beschichtungen geprüft. Grundsätzlich eignet sich das Verfahren für alle Materialien und Bauteile – von weich bis hart.
Welchen Vorteil hat Knoop gegenüber Vickers?
Die Härteprüfung nach Knoop erreicht als optisches Verfahren eine höherer Genauigkeit als Vickers, da eine asymmetrische vierseitige Pyramide als Prüfkörper verwendet wird. Dadurch ist bei gleicher Eindringtiefe die Länge der Hauptdiagonale des bleibenden Härteabdruckes etwa dreimal länger als bei der Prüfung nach Vickers.
Härteprüfverfahren Knoop
DEFINITION
Das Knoop-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:
- Statisches Härteprüfverfahren
- Optisches Messverfahren, d.h. bleibender Abdruck wird lichtoptisch ausgemessen
- Genormtes Verfahren (ISO 4545, ASTM E384)
- Prüflastbereich: 10 gf bis 2 kgf
- Prüfkörper: vierseitige asymmetrische Diamantpyramide mit Längskantenwinkel von 172,5° und einem Querkantenwinkel von 130°
DURCHFÜHRUNG
Bei der Knoop Härteprüfung wird ein asymmetrischer pyramidenförmiger Diamant mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der plastisch bleibende Abdruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Je kleiner der Abdruck, desto härter ist das getestete Material.
PROBENANFORDERUNG
- Bei der Härteprüfung nach Knoop ist eine Oberflächenpräparation für die zu messende Probe erforderlich, da die Oberflächenqualität gut genug sein muss, um den Prüfeindruck lichtoptisch auswerten zu können.
- Nach ISO 4545 muss die Probendicke mindestens ein Drittel der Länge der langen Diagonalen ld des Abdruckes der Diamantpyramide betragen.
- Nach ASTM 384 muss die Probendicke mindestens das 10-fache der Eindringtiefe h der Diamantpyramide betragen.
HÄRTEANGABE
Ein Härtewert nach Knoop setzt sich aus den folgenden Bestandteilen zusammen:
- Numerischer Härtewert
- Zwei Großbuchstaben: HK (Härte nach Knoop)
- Prüflast in kgf
- Einwirkdauer der Prüflast, wenn diese nicht im Bereich 10-20 s.
Beispiel: 380 HK1/25
- 380 = Härtewert
- HK = Verfahren (Härte nach Knoop)
- 1 = Prüfkraft F in kgf
- 25 = Einwirkdauer in s
VOR- UND NACHTEILE
Das Vickers-Verfahren bietet folgende Vorteile:
- Die Eindringtiefe ist etwas ein Drittel geringer als bei Vickers. Deshalb können mit dem Knoop-Verfahren Beschichtungen und spröde Werkstoffe geprüft werden. Denn bei Beschichtungen muss die Eindringtiefe deutlich kleiner als die Schichtdicke sein. Bei spröden Werkstoffen sinkt mit der Eindringtiefe das Risiko für Rissbildung am Abdruckrand.
- Die Genauigkeit ist größer als bei Vickers, da die Länge der Hauptdiagonalen des bleibenden Härteabdruckes bei gleicher Eindringtiefe etwa dreimal länger ist.
- Man kann mit der Härteprüfung nach Knoop unterschiedliche Materialien prüfen.
- Es gibt nur einen Prüfkörper.
Das Vickers-Verfahren hat folgende Nachteile:
- Da der bleibende Abdruck lichtoptisch vermessen wird, muss die Oberfläche von ausreichender Qualität sein.
- Das Knoop-Härteprüfgerät muss mit einer Optik ausgestattet sein, was den Preis erhöht.
- Das Verfahren ist etwas langsamer im Vergleich zum Rockwell-Verfahren.
- Nicht für Prüfungen geeignet, bei denen Diagonalen mit einer Länge von weniger als 20 μm erzeugt werden.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Knoop Härteprüfungen.
Härteprüfung an Bauteilen
Welche Härteprüfung für welchen Werkstoff?
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 Härteprüfverfahren
- 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 macht man 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.
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.
Bei der Wahl eines geeigneten Verfahrens für die Härteprüfung stellen die folgenden Punkte Auswahlkriterien dar:
- Art des zu prüfenden Werkstoffs
- Homogenität/Heterogenität des Werkstoffs
- Härte des Werkstoffs
- Größe der Probe
- Dicke einer Beschichtung
- Notwendigkeit einer Einbettung
- Probenanzahl
- Genauigkeit der Prüfung