Härteprüfung nach Vickers

Bei der Härteprüfung nach Vickers wird eine vierseitige Pyramide als Prüfkörper mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der bleibende, quadratische Eindruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Dazu werden die Längen der beiden Diagonalen des Eindrucks gemessen und daraus der Härtewert berechnet. Je kleiner der Eindruck ist, desto härter ist der geprüfte Werkstoff. Seit der Veröffentlichung der ISO 6507:2018 dürfen Vickers-Härtewerte nur noch bei Diagonalenlängen von 0,020 bis 1,400 mm ermittelt werden. Daher wird die sogenannte Mikrohärte Vickers in der Regel mit der instrumentierten Eindringprüfung bestimmt. Dabei wird die Härte aus dem gemessenen Kraft-Weg-Verlauf ermittelt. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird mit dem Verfahrensnamen Vickers bezeichnet (HV = Vickershärte). Bei Härteangaben ist es wichtig, die Prüfkraft anzugeben, mit der die Härte ermittelt wurde, da eine Abhängigkeit zwischen Härtewert und Prüfkraft besteht. So wird die Härte einer Härteprüfung mit einer Prüfkraft von 9,81 N beispielsweise mit HV1 angegeben, also 350 HV1.

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

Das Vickers-Verfahren wird je nach Größe der Prüfkraft in drei Lastbereiche unterteilt:

• HV5 <= Makrohärteprüfung <= HV100
• HV0,2 < Kleinlasthärteprüfung < HV5
• HV0,001 <= Mikrohärteprüfung < HV0,2

Je nach Lastbereich ergeben sich unterschiedliche Anwendungen der Vickers-Methoden. Deshalb gehört die Angabe der Prüfkraft zum Härtewert, denn mit verschiedenen Prüfkräften ermittelte Werte sind i.d.R. nicht vergleichbar und nicht ineinander umwertbar.

Das Vickers-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:

• Statisches Härteprüfverfahren
• Optisches Messverfahren, d.h. bleibender Abdruck wird lichtoptisch ausgemessen
• Genormtes Verfahren (ISO 6507:2023, ASTM E92, ASTM E384)
• Prüflastbereich: 1 gf bis 100 kgf gemäß ISO bzw. von 1 gf bis 120 kgf gemäß ASTM, d.h. Mikro-, Kleinlast- und Makrobereich
• Prüfkörper: vierseitige Pyramide aus Diamant mit einem Flächenwinkel von 136°

Vorteile Vickers-Verfahren

• Vielzahl unterschiedlicher Materialien prüfbar.
• Deckt einen großen Bereich für die Härte ab.
• Es gibt nur einen Prüfkörper.
• Die Härteprüfung ist quasi zerstörungsfrei.

Nachteile Vickers-Verfahren

• Die Oberfläche muss von ausreichender Qualität sein, da der Abdruck lichtoptisch vermessen wird.
• Das Verfahren ist etwas langsamer im Vergleich zum Rockwell-Verfahren.
• Das Vickers-Härteprüfgerät muss mit einer Optik ausgestattet sein, was den Preis der Geräte erhöht.
• Nicht für Prüfungen geeignet, bei denen Diagonalen mit einer Länge von weniger als 20 μm erzeugt werden.

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

• Numerischer Härtewert
• Zwei Großbuchstaben: HV (Härte nach Vickers)
• Prüflast in kgf
• Einwirkdauer der Prüflast, wenn diese nicht im Bereich 10-15 s

Beispiel: 610 HV 10/30

• 610 = Härtewert
• HV = Verfahren (Härte nach Vickers)
• 10 = Prüfkraft F in kgf
• 30 = Einwirkdauer 30 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.

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.