Mikrohärteprüfung

Bei der Mikrohärteprüfung nach Vickers wird eine vierseitige Pyramide als Prüfkörper mit kleinen Kräften und geringen Eindringtiefen in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Aufgrund der geringen Prüfkräfte ist die Größe des bleibenden Eindrucks in der Regel zu klein, um ihn mit ausreichender Genauigkeit lichtoptisch zu bestimmen. Daher wird die Mikrohärte nach Vickers aus der während der Prüfung aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve berechnet. Dieser Vorgang wird als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird als Vickershärte (HV) bezeichnet. 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.

• Vickers-Mikrohärteprüfung: DIN EN ISO 6507-1
• Knoop-Härteprüfung: DIN EN ISO 4545-1
• Instrumentierte Eindringprüfung: DIN EN ISO 14577-1
• Instrumentierte Eindringprüfung von Beschichtungen: DIN EN ISO 14577-4
• Bestimmung von Einhärtetiefen: DIN EN ISO 18203
• Härteprüfung an Schweißverbindungen: DIN EN ISO 9015-1 und -2
• Härteprüfung an Schweißverbindungen mittels instrumentierter Eindringprüfung: DIN EN ISO 22826

Die Mikrohärteprüfung dünner Beschichtungen ermöglicht die Bestimmung lokaler mechanischer Eigenschaften wie Härte und Eindringmodul. Hierfür werden insbesondere instrumentierte Eindringprüfungen nach DIN EN ISO 14577 eingesetzt.

Bei der Prüfung sind die Schichtdicke, die Oberflächenrauheit und der Einfluss des Grundwerkstoffs zu berücksichtigen. Die Eindringtiefe muss so gewählt werden, dass der Substrateinfluss möglichst gering bleibt und gleichzeitig eine zuverlässige Messung gewährleistet ist. Nach ISO 14577-4 soll die Eindringtiefe mindestens das 20fache von arithmetischen Rauheit Ra bzw. das 2-3 fache der maximalen Höhe des Rauheitsprofils Rz betragen. Bei der maximalen Eindringtiefe unterscheidet man:

• für harte Beschichtung auf weichem Substrat nach ISO 14577-1: Eindringtiefe h < 1/10 der Schichtdicke d (Bückle-Regel)
• für weiche Beschichtung auf hartem Substrat: Eindringtiefe h < 1/3 der Schichtdicke d

Die Bestimmung der Einhärtetiefe dient der Bewertung gehärteter Randschichten nach thermischen und thermochemischen Wärmebehandlungen. Hierzu werden an metallografisch präparierten Querschliffen Härtewerte in definierten Abständen von der Bauteiloberfläche gemessen.

Aus dem Härte-Tiefen-Verlauf werden entsprechend dem Wärmebehandlungsverfahren und den normativen Anforderungen beispielsweise die Einsatzhärtetiefe (CHD), Randschichthärtetiefe (SHD) oder Nitrierhärtetiefe (NHD) ermittelt. Die Prüfung ermöglicht die Beurteilung der Randschichthärtung und die Überprüfung vorgegebener Härteanforderungen.

Härteprüfpunkte am Bauteilrand für Einhärtetiefe

Bei der Härteverlaufsmessung wird die örtliche Härteverteilung entlang einer definierten Messlinie bestimmt, beispielsweise vom Bauteilrand in Richtung Kern oder über einen Schweißnahtquerschnitt. Hierzu werden auf einer präparierten Untersuchungsfläche Härteeindrücke in festgelegten Abständen erzeugt.

Die Ergebnisse werden als Härteverlauf dargestellt und ermöglichen die Bewertung von Härtegradienten, lokalen Eigenschaftsänderungen und Wärmebehandlungszuständen. Darüber hinaus bilden Härteverlaufsmessungen die Grundlage für die normgerechte Bestimmung verschiedener Einhärtetiefen.

Beim Härtemapping wird die lokale Härteverteilung über eine definierte Probenfläche ermittelt. Hierzu werden zahlreiche Härtemessungen in einem regelmäßigen Raster durchgeführt und die Ergebnisse als zweidimensionale Härteverteilung dargestellt.

Dadurch lassen sich Härteunterschiede, Gefügeinhomogenitäten, Werkstoffübergänge und lokale Verfestigungen erkennen. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Charakterisierung von Schweißverbindungen, Randschichten, Beschichtungen und inhomogenen Werkstoffen sowie zur Untersuchung lokaler Veränderungen infolge von Fertigung oder Beanspruchung.

Mit der instrumentierten Eindringprüfung bei erhöhten Temperaturen bis 350 °C untersuchen wir das temperaturabhängige Härte- und Verformungsverhalten von Werkstoffen. Dabei lassen sich Veränderungen der Härte und des Eindringmoduls infolge thermischer Beanspruchung erfassen.

Die Untersuchungen eignen sich beispielsweise zur Charakterisierung von Kunststoffen, Metallen und Beschichtungen. Bei Polymeren können temperaturabhängige Eigenschaftsänderungen, etwa im Bereich des Glasübergangs, untersucht werden. Bei metallischen Werkstoffen lassen sich beispielsweise thermisch bedingte Erweichungs- und Verfestigungseffekte bewerten.

Die Ergebnisse unterstützen die Werkstoffauswahl, Produktentwicklung und Beurteilung mechanischer Eigenschaften unter erhöhten Einsatztemperaturen.