Härteprüfung nach Brinell

Bei der Brinellhärteprüfung wird eine Hartmetallkugel mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Je nach Beanspruchungsgrad wird eine Kugel entsprechenden Durchmessers mit einer bestimmten Prüfkraft verwendet. Anschließend wird der plastisch bleibende Eindruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Je kleiner der Eindruck ist, desto härter ist der geprüfte Werkstoff. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird mit dem Verfahrensnamen Brinell bezeichnet (HBW = Brinellhärte mit Hartmetallkugel).

• Weiche Metalle (Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Blei, Zinn) bis hin zu mittelharten Metallen (vergütete Stähle)
• Werkstoffe mit grober oder inhomogener Kornstruktur (Stahlguss, Gusseisen)

• HBW 1/1,25
• HBW 1/2,5
• HBW 1/5
• HBW 1/10
• HBW 1/30
• HBW 2,5/7,8125
• HBW 2,5/15,625
• HBW 2,5/31,25
• HBW 2,5/62,5
• HBW 2,5/187,5
• HBW 5/31,25
• HBW 5/62,5
• HBW 5/125
• HBW 5/250
• HBW 10/125
• HBW 10/250

Das Brinell-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:

• Statisches Härteprüfverfahren
• Optisches Messverfahren, d.h. bleibende Eindrucksgröße wird lichtoptisch ausgemessen
• Genormtes Verfahren (ISO 6506:2014, ASTM E10)
• Prüflastbereich: 1kgf bis 3000 kgf, d.h. Kleinlast- bis Makrobereich
• Prüfkörper: Wolframcarbidkugel mit Durchmesser 1, 2.5, 5 oder 10 mm.

Der Beanspruchungsgrad dient dazu, um gleiche Prüfbedingungen bei unterschiedlichen Kugeldurchmessern und Prüfkräften zu gewährleisten. Der Beanspruchungsgrad ist als Näherungswert für die Flächenpressung zwischen Kugel und Prüfstückoberfläche anzusehen. Bei Einhaltung der in der Gleichung 0,102 x F/D² ausgedrückten Beziehung ist die Flächenpressung nahezu unabhängig vom gewählten Kugeldurchmesser.

Vorteile Brinell-Verfahren

• Mit Brinell können inhomogene Werkstoffe (z. B. Gussteile) geprüft werden, da die große Kugel viele Kristalle (unterschiedliche Gefügebestandteile des Werkstoffs) trifft und einen mechanischen Mittelwert bildet.
• Eine Vielzahl von Prüfkräften und Kugeldurchmessern für die unterschiedlichsten Anwendungen stehen zur Auswahl.
• Relativ große Prüfeindrücke, die leichter zu messen sind als die relativ kleinen Vickers-Eindrücke.

Nachteile Brinell-Verfahren

• Da der Abdruck lichtoptisch vermessen wird, muss die Oberfläche von ausreichender Qualität sein.
• Bei Prüfungen im Makrobereich mit hoher Prüflast (z.B. HBW 10/3000) hohe Gefahr der Verformung des Prüfmaterials und damit Gefahr von Messfehlern durch Wallbildung.
• Das Verfahren ist etwas langsamer im Vergleich zum Rockwell-Verfahren, d.h. eine Härteprüfung dauert zwischen 30 und 60 Sekunden.
• Mehrere Prüfkörper, wegen Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern.

Ein Härtewert nach Brinell setzt sich aus den folgenden Bestandteilen zusammen:

• Numerischer Härtewert
• Zwei Großbuchstaben: HB (Härte nach Brinell)
• Dritter Großbuchstabe W (Wolframcarbidkugel)
• Prüflast in kgf
• Einwirkdauer der Prüflast, wenn diese nicht im Bereich 10-15 s

Beispiel: 450 HBW 5/60/20

• 450 = Härtewert
• HB = Verfahren (Härte Brinell)
• W: Wolframcarbidkugel
• 5 = Kugeldurchmesser in mm
• 60 = Prüfkraft F in kgf
• 20 = Einwirkdauer in s

Die Wahl des Härteprüfverfahrens wird durch die Art und Homogenität des Werkstoffs, das Gefüge, die Probengröße und den Werkstoffzustand bestimmt. Bei allen Härteprüfungen muss die Probe für das gesamte Gefüge repräsentativ sein. Eine Ausnahme besteht, wenn z. B. die Härte verschiedener Gefügebestandteile bestimmt werden soll. Aus diesem Grund sollte bei einem heterogenen Gefüge ein größerer Eindruck gemacht werden als bei einem homogenen Werkstoff. Für jede Härteprüfung gibt es eigene Normen, die genaue Angaben über das Verfahren und den genauen Ablauf enthalten.

Vickers Härteprüfung

• Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
• Kleine bis große Werkstücke
• Ermittlung von Einhärtetiefen
• Härteverlaufsmessungen
• Härteverteilung über Schweißnähte

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
• Bauteile aus Kunststoff (Thermoplaste, weiche Verbundmaterialien)

Knoop Härteprüfung

• Spröde Materialien
• Beschichtungen

Mobile Härteprüfung

• Große oder schwere Werkstücke
• Vor-Ort-Härteprüfungen

Instrumentierte Eindringprüfung

• Dünne und sehr dünne Beschichtungen
• Kleine Bauteile
• Bestimmung Einhärtetiefen
• Härteverlaufsmessungen

Shore Härteprüfung

• Shore A: Thermoplastische Elastomere (TPE), Nitrilkautschuk (NBR), Polyurethan (PU), Niederdichtes Polyethylen (LDPE), Silikonkautschuk, Neopren
• Shore D: Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymethylmethacrylat (PMMA), Hochdichtes Polyethylen (HDPE)
• Shore OO: Weiche Schäume, sehr weiche elastomere Materialien, gelartige Materialien

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

Die Härteprüfung wird gemacht zum Bestimmen des Widerstands, den ein Werkstoff der dauerhaften Verformung durch Eindringen eines härteren Eindringkörpers entgegensetzt. Damit lässt sich entscheiden, ob ein bestimmter Werkstoff oder eine bestimmte Werkstoffbehandlung für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignet ist.

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.