Knoop Härteprüfung

Bei der Härteprüfung nach Knoop wird ein Rhomboid (asymmetrische vierseitige Pyramide) als Prüfkörper mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der bleibende rautenförmige Eindruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Dazu werden die Längen der längsten Diagonalen ld des Abdrucks gemessen und daraus der Härtewert berechnet. Je kleiner der Abdruck ist, desto härter ist der geprüfte Werkstoff. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird mit dem Verfahrensnamen Knoop bezeichnet (HK = Härte nach Knoop).

Das Knoop-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:

• Statisches Härteprüfverfahren
• Optisches Messverfahren, d.h. bleibender Abdruck wird lichtoptisch ausgemessen
• Genormtes Verfahren (ISO 4545:2023, ASTM E384)
• Prüflastbereich: 10 gf bis 2 kgf
• Prüfkörper: vierseitige asymmetrische Diamantpyramide mit Längskantenwinkel von 172,5° und einem Querkantenwinkel von 130°

• 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.

Die Härteprüfung nach Knoop erreicht als optisches Verfahren eine höhere Genauigkeit als die Vickers-Prüfung, da als Prüfkörper eine asymmetrische vierseitige Pyramide verwendet wird. Dadurch ist bei gleicher Eindringtiefe die Länge der Hauptdiagonale des bleibenden Härteeindrucks etwa dreimal so groß wie bei der Prüfung nach Vickers.

Vorteile Knoop-Verfahren

• Die Eindringtiefe ist um etwa ein Drittel geringer als bei Vickers. Deshalb können mit dem Knoop-Verfahren auch Beschichtungen und spröde Werkstoffe geprüft werden. Bei Beschichtungen muss die Eindringtiefe deutlich kleiner als die Schichtdicke sein. Bei spröden Werkstoffen sinkt mit zunehmender Eindringtiefe die Gefahr der Rissbildung am Eindruckrand.
• 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.

Nachteile Knoop-Verfahren

• 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.

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

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 dient der Bestimmung des Widerstands, den ein Werkstoff einer dauerhaften Verformung durch das Eindringen eines härteren Prüfkörpers 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 Genauigkeit bestimmt wird, sondern auch aus der Kraft-Weg-Kurve weitere Werkstoffkennwerte bestimmt werden können.