Leitfaden für die Härteprüfung: Vermeiden Sie kostspielige Materialausfälle

Ein Leitfaden zur Härteprüfung: Verstehen, wie Materialien Kraft widerstehen

Einleitung: Warum dieses Wissen wichtig ist

Wir haben uns einmal mit einem schwerwiegenden Fehler in einer hochbelasteten Schraubverbindung befasst. Die Bauteilspezifikationen verlangten eine bestimmte Kernhärte, die die Qualitätskontrolle mit einem Standard-Rockwell-Test bestätigte. Die Teile bestanden. Wochen später versagten die Bolzen im Betrieb. Die Untersuchung brachte das Problem ans Licht: Ein fehlerhafter Beschichtungsprozess hatte eine starke Oberflächensprödigkeit verursacht. Der Standardtest, entwickelt zur Messung von SchüttguteigenschaftenDie spröde, hauchdünne Oberflächenschicht, die den Bruch auslöste, wurde dabei völlig übersehen. Dieser kostspielige Fehler war kein Versagen des Tests selbst, sondern ein Versagen des Verständnisses, wie er richtig anzuwenden ist.

Die Härte ist nicht nur eine Zahl auf einem Zertifikat. Sie ist ein entscheidender Messwert, der zeigt, wie ein Material unter mechanischer Belastung funktioniert. Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Verschleißfestigkeit, der leichten Bearbeitbarkeit, der Zähigkeit und der Zugfestigkeit. Das Verständnis der Grundsätze der Härteprüfung ist daher für jeden Ingenieur oder Techniker, der für folgende Bereiche zuständig ist, unerlässlich Materialauswahl, Prozesskontrolle oder Fehleranalyse. Es ist der Unterschied zwischen dem einfachen Sammeln von Daten und dem Treffen intelligenter technischer Entscheidungen.

In diesem Leitfaden werden die Grundprinzipien der wichtigsten Härteprüfverfahren erläutert: Brinell, Rockwell, Vickers und Knoop. Unser Ziel ist es, über die grundlegenden Definitionen hinauszugehen und Ihnen das technische Wissen zu vermitteln, das Sie für eine fundierte Auswahl und Interpretation dieser wichtigen Prüfungen benötigen. Wir werden die physikalischen Grundlagen der plastischen Verformung, die Funktionsweise der einzelnen Prüfverfahren und die subtilen Faktoren, die zu falschen Ergebnissen führen können, erforschen, um sicherzustellen, dass Sie das richtige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe auswählen und den von ihm gelieferten Zahlen vertrauen können.

Die physikalischen Grundlagen der Härte

Um einen Härtewert richtig interpretieren zu können, müssen wir zunächst die Materialkunde verstehen. Die von einem Härteprüfgerät ermittelte Zahl ist das direkte Ergebnis von grundlegende physikalische Prinzipien, die bestimmen, wie ein Material auf eine konzentrierte Kraft reagiert.

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Härte definieren: Kampf gegen Verformung

Im Kern ist die Härte ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen örtlich begrenzte bleibende Verformung. Wenn ein Härteeindringkörper auf ein Material drückt, erfährt es zwei Arten der Verformung. Die erste ist die elastische Verformung, die vorübergehend ist; das Material kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, sobald die Last entfernt wird, so wie man den Finger in einen Gummiball drückt. Die zweite Art ist die plastische Verformung, die dauerhaft ist; das Material wird permanent verformt, wodurch ein Eindruck entsteht. Die Härteprüfung befasst sich fast ausschließlich mit der Messung des Widerstands gegen diese permanente Veränderung.

Aus struktureller Sicht wird dieser Widerstand durch die innere Struktur des Materials gesteuert. Bei Metallen geht es darum, die Bewegung von Kristallgitterfehlern, den so genannten Versetzungen, zu blockieren. Faktoren wie die feine Korngröße, das Vorhandensein harter Sekundärphasen (z. B. Karbide in Stahl) und die durch Prozesse wie die Kaltumformung erzeugten inneren Spannungen dienen alle dazu, diese Versetzungen "festzunageln", wodurch ihre Bewegung erschwert wird. Infolgedessen ist mehr Kraft erforderlich, um einen dauerhaften Eindruck zu erzeugen, und das Material weist einen höheren Härtewert auf. Aus diesem Grund ist die Kaltverfestigung - der Prozess der Härtung eines Materials durch plastische Verformung - ein so wichtiges Konzept.

Schlüsselfaktoren bei Messungen

Der endgültige Härtewert ist keine reine, inhärente Eigenschaft, sondern das Ergebnis einer komplexen Wechselwirkung zwischen dem Material und den Prüfbedingungen. Vier Schlüsselfaktoren bestimmen das Ergebnis jeder Härteprüfung:

  • Materialeigenschaften: Die einem Material innewohnende Duktilität, der Elastizitätsmodul und der Grad der Kaltverfestigung beeinflussen das Verhalten des Materials unter dem Eindringkörper. Ein hochduktiles Material kann sich um den Eindringling herum "auftürmen", während ein weniger duktiles Material "einsinken" kann.
  • Form des Eindringkörpers: Die Form des Eindringkörpers - ob es sich um eine Kugel, einen scharfen Kegel oder eine Pyramide handelt - bestimmt das Spannungsfeld, das er im Material erzeugt. Diese Geometrie ist ein Hauptunterschied zwischen den wichtigsten Prüfmethoden.
  • Angewandte Kraft: Die Größe der vom Eindringkörper ausgeübten Kraft ist eine entscheidende Variable. Bei einigen Prüfungen hängt der Härtewert von der Kraft ab, während er bei anderen theoretisch unabhängig ist.
  • Dauer der Belastung (Verweilzeit): Bei einigen Materialien, insbesondere bei Polymeren und weichen Metallen bei erhöhten Temperaturen, ist die Verformung zeitabhängig. Dieses Phänomen, das als Kriechen bekannt ist, bedeutet, dass die Dauer, für die die volle Last aufgebracht wird (die Verweilzeit), streng kontrolliert werden muss, um wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Eine technische Aufschlüsselung der Makrohärtetests

Makrohärteprüfungen sind die Arbeitspferde der Industrie und zeichnen sich durch höhere Prüfkräfte (in der Regel über 1 kgf) und größere Eindrücke aus. Sie eignen sich hervorragend für die Bestimmung der Gesamthärte eines Materials, da sie kleinere lokale Unregelmäßigkeiten im Mikrogefüge effektiv ausgleichen. Wir werden die drei wichtigsten Methoden untersuchen: Brinell, Rockwell und Vickers.

Der Brinell-Test (ASTM E10)

Die Brinell-Prüfung ist eine der ältesten genormten Methoden, die jedoch nach wie vor für bestimmte Anwendungen nützlich ist. Sein Prinzip beruht darauf, dass ein harter kugelförmiger Eindringkörper mit einem festen Durchmesser mit einer bestimmten Kraft und für eine bestimmte Dauer in die Oberfläche des Materials gepresst wird.

Das Kernprinzip besteht in der Berechnung des mittleren Drucks über die Oberfläche des Eindrucks. Nach Aufhebung der Kraft werden zwei rechtwinklige Durchmesser des kreisförmigen Eindrucks optisch gemessen, und der durchschnittliche Durchmesser (d) wird verwendet. Die Brinell-Härtezahl (HBW) wird berechnet als die aufgebrachte Kraft (F) geteilt durch die Oberfläche des Eindrucks. Die Formel lautet:

HBW = 2F / (πD * (D - √(D² - d²)))

Wo:

  • F = Angewandte Last (in kgf)
  • D = Durchmesser der Eindringkugel (in mm)
  • d = mittlerer Durchmesser der Vertiefung (in mm)

Eine entscheidende technische Überlegung ist die Wahl des Verhältnisses von Kraft zu Durchmesser. Um vergleichbare Ergebnisse bei verschiedenen Prüfungen zu gewährleisten, verlangt die Norm ASTM E10 ein konstantes F/D²-Verhältnis in Abhängigkeit vom Härtebereich des Materials (z. B. 30 für Stähle, 10 für Kupferlegierungen, 5 für Aluminiumlegierungen). Dadurch wird sichergestellt, dass der Grad der Verformung geometrisch ähnlich ist. Die wichtigste Einschränkung der Brinell-Prüfung besteht darin, dass sie sich nicht für sehr harte Werkstoffe eignet, bei denen sich der Wolframkarbidkugeleindringkörper selbst verformen kann. Außerdem ist er für dünne Proben aufgrund des großen, tiefen Eindrucks nicht geeignet. Seine Stärke liegt in der Prüfung großer, strukturell ungleichmäßiger Werkstoffe wie Guss- und Schmiedeteile, bei denen der große Eindruck einen hervorragenden Durchschnittswert liefert.

Der Rockwell-Test (ASTM E18)

Die Rockwell-Prüfung ist wohl die in der Industrie am weitesten verbreitete Methode, vor allem wegen ihrer Schnelligkeit, Einfachheit und direkten Ablesbarkeit, die eine optische Messung überflüssig macht. Seine technische Brillanz liegt in seinem Prinzip der Differenztiefe.

Der Test läuft in drei Schritten ab:

  1. Es wird eine geringe Kraft oder Vorspannung (normalerweise 10 kgf) aufgebracht. Diese anfängliche Kraft setzt den Eindringkörper fest, durchbricht jegliche Oberflächenverzunderung oder kleinere Unebenheiten und legt einen Referenzpunkt mit einer Tiefe von Null fest. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Methoden.
  2. Die Hauptlast wird dann für eine bestimmte Verweilzeit aufgebracht, wodurch der Eindringkörper tiefer in das Material gepresst wird. Die Gesamtlast ist die Summe aus Haupt- und Nebenlast.
  3. Die Hauptlast wird entfernt, aber die geringe Last wird beibehalten. Die Zunahme der Eindringtiefe vom Null-Referenzpunkt bis zur Endtiefe unter der geringen Last wird gemessen.

Diese gemessene Tiefe h wird dann in eine Härtezahl umgerechnet. Die Rockwell-Skala ist invertiert; ein flacherer Eindruck ergibt eine höhere Härtezahl. Diese differentielle Tiefenmessung kompensiert von Natur aus einen Teil der Die Elastizität des Materials Erholung, eine bedeutende Fehlerquelle bei anderen Tests. Sie misst die permanente plastische Tiefe und ist damit eine direktere Bewertung der plastischen Verformungsbeständigkeit.

Die Vielseitigkeit des Rockwell-Tests ergibt sich aus seinen verschiedenen Skalen. Jede Skala verwendet eine bestimmte Kombination aus Eindringkörper und Hauptlast. Die Rockwell C-Skala (HRC) beispielsweise verwendet einen 120°-Diamantkegel (Brale-Eindringkörper) und eine Gesamtlast von 150 kgf, ideal für harte Stähle. Die Rockwell-B-Skala (HRB) verwendet eine Stahl- oder Wolframkarbidkugel mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll und einer Gesamtlast von 100 kgf und ist für weichere Metalle wie Aluminium und Messing geeignet.

Mann in schwarzer Jacke und rotem Helm sitzt auf einer braunen Holzbank

Der Vickers-Test (ASTM E384/E92)

Die Vickers-Prüfung schließt die Lücke zwischen der Makro- und der Mikrohärteprüfung. Sie verwendet einen einzigen Eindringkörper für alle Materialien: eine quadratische Diamantpyramide mit einem Winkel von 136° zwischen den gegenüberliegenden Flächen.

Der wichtigste technische Vorteil der Vickers-Methode ist ihre Belastungsunabhängigkeit. Da der pyramidenförmige Eindringkörper unabhängig von seiner Eindringtiefe eine geometrisch ähnliche Form hat, ist der Vickers-Härtewert (HV) theoretisch für ein bestimmtes Material unabhängig von der verwendeten Prüfkraft konstant. Dies macht sie zu einer unglaublich vielseitigen und konsistenten Skala, die einen direkten Vergleich von Härtewerten ermöglicht, die mit unterschiedlichen Kräften gemessen wurden.

Wie der Brinell-Test ist auch die Vickers-Methode ein optisches Verfahren. Nachdem die Last entfernt wurde, werden die beiden Diagonalen (d1 und d2) des quadratischen Eindrucks mit einem Mikroskop mit hoher Vergrößerung gemessen. Die durchschnittliche Diagonalenlänge wird dann in die Formel eingesetzt:

HV ≈ 1,854 * (F / d²)

Wo:

  • F = Angewandte Last (in kgf)
  • d = Mittlere Länge der beiden Diagonalen (in mm)

Die Vickers-Prüfung kann bei einem extrem breiten Spektrum von Materialien eingesetzt werden, von weichem Blei bis zu ultraharter Keramik. Sie wird vor allem in der Forschung, bei der Schweißnahtanalyse und bei der Prüfung dünner Materialien oder kleiner Bereiche eingesetzt, bei denen andere Methoden zu zerstörerisch oder ungenau wären. Der größte Nachteil besteht darin, dass eine hervorragende Oberflächenvorbereitung erforderlich ist und der Bediener ein hohes Maß an Geschicklichkeit braucht, um die kleinen Vertiefungen genau zu messen.

MerkmalBrinell (HBW)Rockwell (HR)Vickers (HV)
GrundsatzMittlerer Druck über der EindrucksflächeUnterschiedliche EindringtiefeWiderstand gegen pyramidenförmige Eindringkörper
EindringkörperWolframkarbidkugel (1-10 mm)Diamantkegel (120°) oder Stahl/WC-KugelDiamant-Pyramide (136°)
MessungOptisch (Eindringdurchmesser)Mechanisch (Eindringtiefe)Optisch (Eindringdiagonalen)
HauptvorteilGut für Schütthärte, ungleichmäßige MaterialienSchnelle, direkte Ablesung, weniger empfindlich gegenüber OberflächenbeschaffenheitLastunabhängige, einzige Waage für alle Materialien
Primäre VerwendungGussteile, Schmiedeteile, große BauteileWärmebehandelte Stähle, Massenproduktion QCAlle Metalle, Forschung, Schweißnahtprüfung
Geltende NormASTM E10 / ISO 6506ASTM E18 / ISO 6508ASTM E384/E92 / ISO 6507

Vergleichende Analyse: Mechanik der Eindrückung

Zu verstehen, wie jeder einzelne Test funktioniert, ist von grundlegender Bedeutung. Wirkliches Fachwissen ergibt sich jedoch aus dem Vergleich der zugrunde liegenden Mechanismen und dem Verständnis, wie diese Unterschiede zu unterschiedlichen Ergebnissen und zur Fehleranfälligkeit führen.

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Eindringkörperform und Spannung

Die Form des Eindringkörpers bestimmt das Spannungsfeld, das er im Material erzeugt und das wiederum mit den Materialeigenschaften in Wechselwirkung steht.

  • Sphärisch (Brinell): Das Spannungsfeld unter einer Kugel ist komplex. Wenn die Kugel tiefer eindringt, vergrößert sich die Kontaktfläche, und die Art der Spannung ändert sich. Dieser Test ist sehr empfindlich gegenüber dem Exponenten der Kaltverfestigung (n-Wert) des Materials. Materialien mit einem hohen n-Wert neigen dazu, sich um den Eindruck herum "aufzutürmen", wodurch der gemessene Durchmesser kleiner als der tatsächliche Kontaktdurchmesser wird und der Härtewert künstlich aufgebläht wird. Umgekehrt können geglühte Werkstoffe "einsinken", was zu einer Unterschätzung der Härte führt.
  • Konisch (Rockwell): Der 120°-Diamantkegel erzeugt ein geschlosseneres und gleichmäßigeres Spannungsfeld als eine Kugel. Die Methode der differenziellen Tiefenmessung ist zwar immer noch anfällig für Anhäufungs- und Einfallseffekte, reagiert aber weniger empfindlich auf diese Oberflächenphänomene als eine optische Flächenmessung.
  • Pyramidal (Vickers): Die scharfe Pyramidengeometrie erzeugt ein Spannungsfeld, das in jeder Tiefe geometrisch ähnlich ist. Dies ist der physikalische Grund für die theoretische Belastungsunabhängigkeit der Vickers-Härtezahl. Die hohe Spannungskonzentration an der Spitze der Pyramide sorgt dafür, dass das plastische Fließen auch bei sehr harten Werkstoffen fast sofort einsetzt.

Erfahrungen aus erster Hand: Häufige Fehlerquellen

Bei unserer Arbeit im Labor stoßen wir immer wieder auf verschiedene praktische Probleme, die die Genauigkeit der Härteangaben beeinträchtigen können. Diese zu verstehen und zu entschärfen ist entscheidend für eine zuverlässige Prüfung.

  • Thema: Der "Ambosseffekt" / dünne Proben: Wenn eine Probe zu dünn ist, kann sich die Verformungszone unter dem Eindringkörper bis zum Amboss erstrecken. Die Härte des Ambosses beeinflusst dann die Messung, was in der Regel zu einem falsch hohen Messwert führt. Eine allgemeingültige Faustregel, die in Normen wie der ASTM E18 verankert ist, besagt, dass die Materialdicke mindestens das Zehnfache der Eindringtiefe betragen sollte.
  • Ausgabe: Abstand zwischen den Vertiefungen: Jeder Eindruck erzeugt eine Zone aus plastisch verformtem, kaltverfestigtem Material um ihn herum. Wird ein neuer Eindruck zu nahe an einem früheren Eindruck oder an der Kante der Probe angebracht, wird das Ergebnis durch dieses vorverformte Material beeinflusst. Die Normen schreiben einen Mindestabstand vor, der in der Regel das 3- bis 5-fache des Eindruckdurchmessers oder der Diagonale beträgt, um diese Beeinträchtigung zu vermeiden.
  • Thema: Oberflächenvorbereitung: Der Bedarf an Oberflächenvorbereitung ist sehr unterschiedlich. Die Rockwell-Prüfung mit ihrer Vorspannung zum Durchbrechen der Skala ist am nachsichtigsten und erfordert oft nur eine saubere, ebene Oberfläche. Die Brinell-Prüfung erfordert eine Oberfläche, die glatt genug ist, um eine genaue optische Ablesung der Kante des Eindrucks zu ermöglichen, was oft durch Schleifen erreicht werden kann. Vickers- und Knoop-Prüfungen, insbesondere bei Mikrobelastungen, sind extrem empfindlich. Sie erfordern eine metallografisch polierte, spiegelglatte und perfekt senkrechte Oberfläche für eine genaue Diagonalmessung.
  • Ausgabe: Verweilzeit: Für die meisten Stähle bei Raumtemperatur ist eine Standardverweilzeit von 10-15 Sekunden ausreichend. Wenn wir jedoch Testmaterialien Bei Materialien mit Kriechverhalten, wie Polymeren oder Metallen nahe ihrer Rekristallisationstemperatur, dringt der Eindringkörper weiter ein, solange die Last anliegt. Bei diesen Materialien muss die Verweilzeit genau festgelegt und kontrolliert werden (z. B. 30 Sekunden oder länger), um vergleichbare und aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.
FehlerquelleBrinellRockwellVickers/Knoop
OberflächeMäßige Empfindlichkeit. Schleifen ist oft ausreichend.Geringe Empfindlichkeit aufgrund der Vorspannung.Hohe Empfindlichkeit. Für die Genauigkeit ist eine metallographische Politur erforderlich.
Elastische ErholungBeeinträchtigt das optische Lesen; kann eine bedeutende Fehlerquelle sein.Teilweise kompensiert durch differentielle Tiefenmessung.Kann "gewölbte" oder "kissenförmige" Vertiefungen verursachen, die die diagonale Messung beeinträchtigen.
Last AnwendungManuell oder hydraulisch; die Geschwindigkeit kann ein Faktor sein.Ein hochgradig kontrollierter, automatisierter Zyklus ist Standard.Sehr empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen, insbesondere bei Mikrobelastungen.
Operator SkillHoch. Das genaue Ablesen des Durchmessers erfordert Geschick und ein gutes Mikroskop.Niedrig. Die direkte Ablesung minimiert die Subjektivität des Bedieners.Hoch. Das genaue Messen kleiner Diagonalen erfordert viel Geschick.
Material Aufpilzen / EinsinkenSie können die tatsächliche Kontaktfläche erheblich verändern, was zu Fehlern führt.Beeinflusst die Tiefe, ist aber eine bekannte Variable.Beeinflusst das diagonale Maß und die Form des Einzugs.

Mikrohärteprüfung & Spezialanwendungen

Wenn Bauteile zu klein oder zu dünn sind oder wenn wir einzelne mikrostrukturelle Merkmale untersuchen müssen, wenden wir uns der Mikrohärteprüfung zu. Bei diesen Prüfungen werden Belastungen von typischerweise unter 1 kgf verwendet und mikroskopisch kleine Eindrücke erzeugt, die eine Messung mit hoher Vergrößerung erfordern.

Der Knoop-Test (ASTM E384)

Der Knoop-Test ist ein enger Verwandter des Vickers-Tests, verwendet aber einen anderen Eindringkörper: eine längliche, rautenförmige Pyramide. Diese Geometrie erzeugt einen sehr langen, aber sehr flachen Eindruck mit einem Diagonalverhältnis von etwa 7:1.

Diese einzigartige Form bietet einen deutlichen Vorteil für zwei wichtige Anwendungsbereiche:

  • Spröde Materialien: Bei der Prüfung von Keramik oder Glas kann die hohe Spannung an den Ecken eines symmetrischen Vickers-Eindrucks leicht zu Rissen führen, wodurch die Prüfung ungültig wird. Die geringere Eindringtiefe des Knoop-Eindringkörpers und die geringere Spannungskonzentration entlang seiner kurzen Achse verringern die Rissneigung erheblich und machen ihn zur bevorzugten Methode für diese Materialien.
  • Dünne Beschichtungen: Die geringe Tiefe eines Knoop-Eindrucks ermöglicht es uns, die Härte einer dünnen Oberflächenschicht (z. B. einer Nitridbeschichtung oder einer galvanischen Schicht) zu messen, ohne dass der Eindruck in das Substrat eindringt. Dadurch wird die Messung auf die Beschichtung selbst beschränkt und ein echter Härtewert ermittelt, der nicht durch das weichere Material darunter beeinflusst wird.

Der technische Grund für die geringere Rissneigung des Knoop-Eindringkörpers im Vergleich zum Vickers-Eindringkörper liegt in der Spannungsverteilung und der Materialverdrängung. Die längliche Form verdrängt weniger Material pro Einheit der Eindringtiefe entlang der kurzen Achse, was zu einem weniger starken Spannungsfeld an den kritischen diagonalen Ecken führt.

Fallstudie: Ein einsatzgehärtetes Zahnrad

Betrachten Sie die die technische Herausforderung der Überprüfung der Wärmebehandlung eines Zahnrads aus einsatzgehärtetem Stahl. Die Konstruktion erfordert eine sehr harte, verschleißfeste Oberfläche (das Gehäuse), um den Kontaktbelastungen standzuhalten, die von einem weicheren, zäheren Kern unterstützt wird, um Zahnbrüchen zu widerstehen.

  1. Ansatz der Makroprüfung: Eine einzelne Rockwell-C-Prüfung an der Zahnoberfläche könnte einen hohen Wert ergeben, beispielsweise 60 HRC. Wenn die Gehäusetiefe jedoch nur 0,5 mm beträgt, dringt der Eindringkörper durch die 150 kgf-Belastung der HRC-Prüfung so tief ein, dass die Verformungszone durch das weichere Kernmaterial beeinflusst wird. Das Ergebnis ist ein Mittelwert aus Hülse und Kern und kein wahrheitsgetreues Abbild der Oberfläche, und es könnte eine gefährlich dünne Hülse verdecken. Eine Rockwell-Prüfung ist jedoch hervorragend geeignet, um die Kernhärte an einem Querschnitt des Zahnrads zu überprüfen.
  2. Ansatz der Mikroprüfung: Die richtige Methode zur Charakterisierung des Gehäuses ist die Durchführung einer Mikrohärteprüfung. Wir schneiden den Zahnradzahn ab, polieren ihn auf eine metallografische Oberfläche und verwenden dann ein Mikro-Vickers- oder Knoop-Prüfgerät, um eine Reihe von kleinen Vertiefungen in genauen Abständen anzubringen. Wir beginnen in der Nähe der Außenkante und bewegen uns nach innen zum Kern.
  3. Schlussfolgerung: Wenn man die Härtewerte gegen den Abstand von der Oberfläche aufträgt, entsteht ein "Härteprofil". Dieses Diagramm ist der endgültige Qualitätsnachweis. Es zeigt deutlich die maximale Oberflächenhärte, die Härte im Kern und vor allem die effektive Einsatzhärtungstiefe, d. h. den Abstand, über den die Härte über einem kritischen Grenzwert (z. B. 50 HRC) bleibt. Dies verdeutlicht, warum eine Kombination von Prüfungen oft die beste technische Lösung ist: eine Mikrohärteprüfung für den Gradienten und eine Makrohärteprüfung für den Hauptkern.
AnwendungsszenarioPrimäre EmpfehlungSekundäre Option / KerntestWichtige technische Begründung
Schütthärte eines Schmieden von StahlBrinell (HBW)Rockwell B/C (HRB/HRC)Ermittelt den Durchschnitt der mikrostrukturellen Variationen über eine große Fläche.
Qualitätskontrolle von wärmebehandelten TeilenRockwell (HRC)Vickers (HV)Schnelligkeit, Automatisierung und Zuverlässigkeit machen es ideal für Produktionsumgebungen.
Dünne Nitridbeschichtung auf einem WerkzeugKnoop (HK)Vickers (HV) bei sehr geringer BelastungDie längliche Einkerbung minimiert das Eindringen und die Wirkung auf das Substrat.
Analyse der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) einer SchweißnahtMikro-Vickers (HV)K.A.Kleine Eindringkörper können den steilen Härtegradienten in der WEZ abbilden.
Härte einer keramischen PlatteVickers (HV) / Knoop (HK)Rockwell A (HRA)Ein Diamant-Eindringkörper ist erforderlich; Vickers ist Standard, Knoop verringert das Rissrisiko.

weißes und schwarzes Kunststoffrohr

Schlussfolgerung: Von den Grundsätzen zur Praxis

Wir haben die grundlegenden Härteprüfverfahren aufgeschlüsselt, von ihren Kernprinzipien bis hin zu ihrer praktischen Ausführung. Die wichtigsten technischen Unterschiede sind klar: Brinell misst die Härte anhand der Eindrucksfläche, Rockwell anhand der Differenztiefe und Vickers und Knoop anhand der optisch gemessenen Diagonalen. Jede Methode ist aufgrund ihrer einzigartigen Mechanik für unterschiedliche Materialien und Anwendungen geeignet.

Die wichtigste Erkenntnis ist jedoch, dass eine Härtezahl ohne Kontext bedeutungslos ist. Wahre Fachkompetenz besteht nicht einfach in der Bedienung der Maschine, sondern im Verständnis der Prinzipien, die dabei eine Rolle spielen. Das Wissen darüber, wie die Geometrie des Eindringkörpers spezifische Spannungsfelder erzeugt, wie Materialeigenschaften wie Kaltverfestigung zu Anhäufungen oder Einsinkungen führen und wie scheinbar unbedeutende Details wie Oberflächenbeschaffenheit und Abstand zwischen den Eindringkörpern die Daten verfälschen können - das ist es, was einen Techniker von einem Experten für Werkstofftechnik trennt. Mit diesem fundierten Wissen sind Sie in der Lage, die richtige Prüfung auszuwählen, Fehlerquellen zu erkennen und zu minimieren und die Ergebnisse sicher zu interpretieren, um eine bessere Konstruktion, eine robustere Fertigung und eine aufschlussreiche Fehleranalyse zu ermöglichen.

 

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