Härteprüfung nach Rockwell

Bei der Rockwellhärteprüfung wird zur Bestimmung der Härte ein Diamantkegel oder eine Hartmetallkugel in ein Werkstück eingedrückt. Anschließend wird die bleibende Eindringtiefe des Prüfkörpers ermittelt und daraus die Rockwellhärte HR berechnet. Die Rockwellhärte HRC eines Werkstoffes ergibt sich aus der Eindringtiefe des Prüfkörpers. Dieser wird mit einer definierten Prüfvorkraft F0 in die Oberfläche des Werkstücks vorgespannt. Anschließend wird der Prüfkörper über einen Zeitraum von 2 bis 6 s zusätzlich mit der Prüfkraft F1 beaufschlagt. Danach wird diese wieder entfernt und die Prüfkraft weggenommen, sodass nur noch die Prüfvorkraft F0 auf den Probekörper wirkt. Die von der Prüfkraft verursachte Eindringtiefe h dient als Maß für die Berechnung der Rockwell-Härte.

• Bauteile mittlerer bis hoher Härte
• Mittelgroße bis große Werkstücke
• Bauteile aus Kunststoff

Skalen A, C, D

Für die Skalen A, C und D ist ein Kegel mit einem Spitzenwinkel von 120°, einem Radius von 200 µm und einer Prüfvorkraft von 98,0665 N zu verwenden. Die Prüfzusatzkraft beträgt bei Skala A 490,3325 N, bei Skala C 1372,931 N und bei Skala D 882,5985 N. Das Verfahren nach Skala C wird am häufigsten für mittelharte und harte Werkstoffe angewendet. HRA ist ebenfalls weit verbreitet, da dünnere Werkstücke geprüft werden können.

Skalen B, E, F, G, H, K

Diese werden für Härteprüfungen an mittelharten Metallen verwendet. Der Prüfkörper für diese Härteskalen ist eine Hartmetallkugel. Der ermittelte Härtewert wird zusätzlich zur Kennzeichnung des Verfahrens mit HRB durch den Buchstaben W ergänzt. Bei den Skalen B, F und G hat die Kugel einen Durchmesser von 1,5875 mm (1⁄16 Zoll), bei den Skalen E, H und K beträgt dieser 3,175 mm (1⁄8 Zoll). Die Prüfvorkraft beträgt immer 98,0665 N, die Prüfzusatzkraft ist jedoch wie folgt aufgeteilt: Skalen B und E 882,5985 N, Skalen F und H 490,3325 N und Skalen G und K 1372,931 N. Die Skala B ist am häufigsten anzutreffen.

Skalen 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T (Super-Rockwell)

Das Super-Rockwell-Verfahren eignet sich besonders für die Härteprüfung an dünnen Bauteilen und Schichten oder an Proben, deren Härtewert außerhalb der normalen Rockwell-Skala liegt. Im Gegensatz zum Rockwell-Verfahren beträgt die Prüfvorkraft nur 3 kgf und die Hauptlast kann zwischen 15, 30 und 45 kgf variieren. Als Prüfkörper werden Diamantkegel (15 N, 30 N, 45 N) oder Hartmetallkugeln (15 T, 30 T, 45 T) verwendet.

Skalen R, L, M, E (Rockwellhärte Kunststoffe)

Die Härteprüfung nach ISO 2039-2:1987 dient zur Bestimmung der Rockwell-Härte von weichen bis mittelharten Kunststoffen. Bei diesem Verfahren wird eine Kugel (3.175 mm, 6.35 mm, 12.7 mm) unter einer definierten Prüflast (588,4 N oder 980,7 N) eingeführt und die bleibende Eindringtiefe direkt gemessen. Im Gegensatz zur Härteprüfung nach dem Kugeleindruckverfahren wird bei der Rockwellhärteprüfung die Eindringtiefe mit einer definierten Vorlast sowie mit geringeren Prüflasten ermittelt.

Das Rockwell-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:

• Statisches Härteprüfverfahren
• Tiefen-Messverfahren, d.h. die bleibende Eindringtiefe wird vermessen
• Genormtes Verfahren (ISO 6508:2023, ASTM E18, ISO 2039-2:1987)
• Prüfvorkraft: 3 kgf, 10 kgf
• Prüflastbereich: 60 kgf bis 150 kgf nach ISO, d.h. Makrobereich der Härteprüfung
• Prüfkörper: Diamantkegel mit 120° oder Hartmetallkugel unterschiedlichen Durchmessers

Vorteile Rockwell-Verfahren

• Es reicht aus, wenn die Prüfstelle frei von Verschmutzungen (Zunder, Fremdkörper) ist.
• Direkte Ablesemöglichkeit des Härtewertes ohne optische Auswertung
• Schnelles und günstiges Verfahren.
• Keine Optik zur Auswertung des Härteabdruckes erforderlich, was den Preis für das Prüfgerät reduziert.

Nachteile Rockwell-Verfahren

• Funktioniert nur bei mittelharten bis harten Werkstoffen, d.h. im Makrobereich
• Kein genaues Verfahren zur Härteprüfung, da schon ein kleiner Messfehler zu einem Messwertfehler führt
• Eine Vielzahl von unterschiedlichen Prüfkörpern.

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

• Numerischer Härtewert
• Zwei Großbuchstaben: HR (Härte nach Rockwell)
• Dritter Großbuchstabe: Skala des Rockwellverfahrens

Beispiel: 65 HRC

• 65 = Härtewert
• HR = Verfahren (Härte nach Rockwell)
• C = Rockwellskala

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.