Härteprüfung Vickers
Die Härteprüfung nach Vickers dient zur Bestimmung der Härte von Bauteilen mit geringer bis hoher Härte durch eine Eindringprüfung. Dazu wird ein Prüfkörper in das zu prüfende Bauteil eingedrückt und anschließend wird der bleibende Härteabdruck optisch vermessen und daraus die Vickershärte HV berechnet. Man unterscheidet je nach Größe der Prüfkraft in
- Makrohärteprüfung,
- Kleinlasthärteprüfung und
- Mikrohärteprüfung.
Die Härteprüfung nach Vickers gehört zu den optischen Messverfahren bei denen der bleibende plastische Eindruck des Prüfkörpers vermessen wird, während bei den Tiefen-Messverfahren die Eindringtiefe des Prüfkörpers zur Ermittlung der Härte dient.
Wie wird die Vickers Härteprüfung durchgeführt?
Bei der Vickers Härteprüfung wird eine vierseitige Pyramide als Prüfkörper mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der bleibende quadratische Abdruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Hierzu werden die Längen der beiden Diagonalen des Abdruck ausgemessen und daraus der Härtewert berechnet. Je kleiner der Abdruck, desto härter ist das getestete Material. Seit der ISO 6507:2018 dürfen die Vickers-Härtewerte nur bei Diagonallängen von 0,020 – 1,400 mm ermittelt werden. Die Einheit der ermittelten Härte ist kp/mm² und wird mit dem Verfahrensnamen Vickers (HV = Härte Vickers) bezeichnet. Bei den Härteangaben ist es wichtig die Prüfkraft anzugeben mit der die Härte ermittelt wurde, da eine Abhängigkeit zwischen Härtewert und Prüfkraft besteht. So wird beispielsweise die Härte der mit einer Prüfkraft von 9,81 N durchgeführten Härteprüfung mit HV1 angegeben, also z.B. 350HV1.
Welche Werkstoffe können nach Vickers geprüft werden?
Das Vickers-Verfahren ist eher für homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte geeignet. Mit kleinen kleinen Prüfkräften wird es für die die Bestimmung der Härten von Gefügebestandteilen eingesetzt.
Was bedeutet Vickers?
Vickers bezeichnet ein genormtes Härteprüfverfahren mit dem die Härte als Eindringwiderstand bestimmt wird. Dieses wurde von Smith und Sandland der Fa. Vickers im Jahr 1924 als Alternative zur Brinell-Prüfung entwickelt. Es ist aufgrund seiner vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in der Praxis sehr verbreitet. Die Härteprüfung nach Vickers ist leicht anwendbar und die erforderliche Berechnung für die Vickershärte einfach durchzuführen. Das Verfahren ist für viele Werkstoffe anwendbar und über einen sehr großen Härtebereich einsetzbar.
Mikrohärteprüfung Vickers?
Die Bestimmung der sogenannten Mikrohärte erfolgt mit kleinen Prüfkräften und somit geringen Eindringtiefen des Prüfkörpers. Damit werden Härten von Beschichtungen bestimmt, Härteverlaufsmessungen im Querschliff und Härteprüfungen von dünnen kleinen Bauteilen durchgeführt. Als Prüfkörper dient i.d.R. eine vierseitige Pyramide aus Diamant (Vickerspyramide). Die Größe des bleibenden Abdruckes wird wegen der geringen Größe nicht lichtoptisch bestimmt sondern aus der während der Prüfung aufgezeichneten Kraft-Weg-Kurve. Deshalb wird dieses Verfahren auch als instrumentierte Eindringprüfung bezeichnet.
Härteprüfverfahren Vickers
DEFINITION
Das Vickers-Verfahren lässt sich wie folgt charakterisieren:
- Statisches Härteprüfverfahren
- Optisches Messverfahren, d.h. bleibender Abdruck wird lichtoptisch ausgemessen
- Genormtes Verfahren (ISO 6507, 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°
LASTBEREICHE
Das Vickers-Verfahren lässt sich nach ISO 6507 je nach Größe der Prüfkraft in drei Lastbereiche unterteilen:
- HV5 <= Makrobereich <= HV100
- HV0,2 < Kleinlastbereich < HV5
- HV0,001 <= Mikrobereich < HV0,2
Je nach Lastbereich ergeben sich unterschiedliche Anwendungen der Vickers-Methoden. Es ist soll immer mit der höchstmöglichen Prüfkraft gemessen werden, um den Einfluss von Störgrößen zu minimieren. Dabei ist zu beachten, dass der Härtewert von der Prüfkraft abhängt. Deshalb gehört die Angabe der Prüfkraft zum Härtewert, denn mit verschiedenen Prüfkräften ermittelte Werte sind i.d.R. nicht vergleichbar und nicht ineinander umwertbar. Lediglich im Makrohärteprüfbereich ab HV 5 besteht nur eine geringe Abhängigkeit des Härtewertes von der Prüfkraft.
DURCHFÜHRUNG
Bei der Vickers Härteprüfung wird eine vierseitige Pyramide mit einer definierten Kraft in das zu prüfende Bauteil eingedrückt. Anschließend wird der plastisch bleibende Abdruck des Prüfkörpers lichtoptisch vermessen. Hierzu werden die Längen der beiden Diagonalen ausgemessen und mit deren Mittelwert der Härtewert bestimmt. Je kleiner der Abdruck, desto härter ist das getestete Material. Außerdem ist darauf zu achten, dass die Prüfung nicht durch Erschütterungen gestört wird.
PROBENANFORDERUNG
- Die Probe sollte feingeschliffen (Makrohärteprüfung) oder poliert (Mikrohärteprüfung) sein.
- Die Probe sollte immer möglichst fest verspannt werden, damit sie sich während des Prüfvorganges nicht verschieben kann (Praxistipp: Härteprüfung mit Prüfkopf (Verspannkappe) bzw. mit passendem Prüftisch, eingebettete Probe in Probenhalter fixieren).
HÄRTEANGABE
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
VOR- UND NACHTEILE
Das Vickers-Verfahren bietet folgende Vorteile:
- Man kann eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien prüfen.
- Das Verfahren deckt einen großen Bereich für die Härte ab.
- Es gibt nur einen Prüfkörper.
- Die Härteprüfung ist quasi zerstörungsfrei.
Das Vickers-Verfahren hat folgende Nachteile:
- 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.
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Härteprüfung an Bauteilen
Welche Härteprüfung?
Vickers Härteprüfung
- Homogene Werkstoffe mit niedriger bis hoher Härte.
- Für kleine bis große Werkstücke
- Härteverlaufsmessungen zur Ermittlung von Härtetiefen (Mikrohärte)
- Härteverteilung über Schweißnahtbereiche (Mikrohärte)
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, z.B. durchgehärtete oder tief randschichtgehärtete
- Mittelgroße bis große Werkstücke
Knoop Härteprüfung
- Spröde Werkstoffe
- Beschichtungen
Mobile dynamische Härteprüfung
- Besonders große oder schwere Werkstücke
- Vor-Ort-Härteprüfungen
Instrumentierte Eindringprüfung
- Dünne und sehr dünne Beschichtungen
- Dünne Bleche
- Kleine Bauteile
- Einhärtetiefen
- Härteverlaufsmessungen
Wie wird Härte definiert?
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
Warum eine Härteprüfung?
Die Härteprüfung wird gemacht zum Bestimmen des Widerstands, den ein Werkstoff der dauerhaften Verformung durch Eindringen eines härteren Eindringkörpers entgegensetzt. bestimmt werden. Damit lässt sich entscheiden ob ein bestimmter Werkstoff oder eine bestimmte Werkstoffbehandlung für den beabsichtigten Einsatzzweck geeignet ist.
Was wird bei der Prüfung gemessen?
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.
Die Wahl des Härteprüfverfahrens wird durch die Art und Homogenität des Werkstoffs, das Gefüge, die Größe der Probe und seinen Werkstoffzustand bestimmt. Bei allen Härteprüfungen muss die Probe repräsentativ für das gesamte Gefüge sein. Eine Ausnahme davon ist, wenn man z.B. die Härte von verschiedenen Gefügebestandteilen bestimmen möchte. Aus diesem Grund sollte bei einem heterogenen Gefüge ein größerer Eindruck als bei einem homogenen Werkstoff erreicht werden. Für jede Härteprüfung gibt es eigene Normen, die genaue Informationen über das Verfahren und dessen genauen Ablauf beinhaltet.
Bei der Wahl eines geeigneten Verfahrens für die Härteprüfung stellen die folgenden Punkte Auswahlkriterien dar:
- Art des zu prüfenden Werkstoffs
- Homogenität/Heterogenität des Werkstoffs
- Härte des Werkstoffs
- Größe der Probe
- Dicke einer Beschichtung
- Notwendigkeit einer Einbettung
- Probenanzahl
- Genauigkeit der Prüfung