Härteprüfung

Grundlagen der Härteprüfung

Der Anwender der Härteprüfung muss sich darüber im klaren sein, was er mit der Härteprüfung und dem erzielten Ergebnis eigentlich tun will. Hier besteht bei den Anwendern der Härteprüfung oftmals eine Vielzahl von diffusen Vorstellungen was die Härtezahl darstellt. Dies liegt auch daran, dass das Wissen um die Möglichkeiten und Grenzen der Härteprüfung auf der Anwenderseite nur sehr beschränkt vorhanden ist.

Vor der Festlegung von Härtewerten und der Härteprüfung sollte man sich darüber im Klaren sein, was mit dem festgelegten Härtewert erreicht werden soll! Die Härteprüfung stellt den relativ sicheren Versuch dar, verschiedene Werkstoffzustände mittels einer Kennzahl zu beschreiben. Es gibt jedoch verschiedene Werkstoffzustände die den gleichen Härtewert aufweisen können. Dies kann in den unterschiedlichen Gefügestrukturen nach einer Wärmebehandlung begründet sein.

Was ist Härte?

Hart und weich sind eigentlich allgemeine Begriffe aus dem täglichen Leben. Jeder Mensch hat dabei seine eigenen Empfindungen und beurteilt den einen Gegenstand im Vergleich zu einem anderen als hart oder weich. Die griechischen Philosophen der Antike Demokrit und Aristoteles bezeichneten die Härte als eine definierte Eigenschaft der Elemente. In der Technik ist ein solcher individueller Empfindungswert zur Beurteilung eines Werkstoffes oder Bauteiles nicht ausreichend. Man hat den Härtebegriff wie folgt festgelegt:

Härte ist der Widerstand eines Körpers, den er dem Eindringen eines anderen, aber Härterem entgegensetzt.

Zweck der Härteprüfung ist es, vergleichbare Kennzahlen des Verformungs-Widerstandes der Oberfläche eines Werkstoffes zu ermitteln, die jedoch nicht die Bedeutung einer Werkstoffkennzahl haben. Obwohl die Härte eines Werkstoffes keine eindeutige Stoffeigenschaft ist, kann sie als Vergleichswert sehr vielseitig angewandt und ausgelegt werden. Die Härteprüfung stellt den relativ sicheren Versuch dar, verschiedene Werkstoffzustände mittels einer Kennzahl, die keine Werkstoffkennzahl ist, zu beschreiben. Jedoch auch diese Definition der Härte ist noch nicht eindeutig und lässt vieles offen und führt dazu, dass die Härte in der Metallprüfung verschieden interpretiert wird, dies hängt im Wesentlichen von der Betrachtungsweise und den Erwartungen des Anwenders ab. Es gibt verschiedene Werkstoffzustände die den gleichen Härtewert aufweisen können und eine unterschiedlichen Gefügestrukturen haben.

Beispiel 100CR6, 1.3505, gut erkennbar bei etwa gleicher Härte 2 unterschiedliche Gefüge.

Historie

An der Entwicklung der Härteprüfung sind eine Vielzahl namhafter Persönlichkeiten beteiligt. Einer der wesentlichen Hintergründe dieser Entwicklung ist, damals wie heute, der Wunsch verschiedene Werkstoffzustände mittels einer Kennzahl reproduzierbar zu beschreiben. Im Laufe der Jahrhunderte entwickelte sich die Härteprüfung, die heute die mit Abstand am meistens eingesetzte Werkstoffprüfmethode ist. Nachfolgend ist in der Tabelle eine kurze Historie der Entwicklung wiedergegeben.

Jahr	Wer	Verfahren - Besonderheit
1640	Babra	Ritzen von Edelsteinen mit der Feile
1722	R.A. Reamur	Ritzen von Stahl mit Mineralien
1747	Wallerius	Benutzte Fingernagel, Messer, Feile, Diamantpulver zur Härtebestimmung
1811	Mohs	10 stufiges Ritzhärteverfahren für Mineralien
1833	Seebeck	Entwickelt ein quasi-quantitatives Kratzverfahren zur Härtebestimmung
1851		Entwicklung der Bohrhärte von Metallen auf Grundlage des Gewichtsverlustes beim Bohren mit bekannten Zerspanbedingungen
1874	Uchatius	Beurteilte die Härte von Bronzen mit einem aus 25cm Höhe herabfallenden Meißel (erstes beschriebenes dynamisches Verfahren)
1882	TH Prag	Ritzhärte 18stufig,von Blei bis zu gehärtetem Stahl
1884		Beurteilen der Härte von Metallen mit der Schleifhärte
1889	A. Martens	Ritzhärteverfahren
1898	A. Martens	Schlug ein Gerät für den instrumentierten Eindringversuch mit mechanisch-hydraulischer Tiefenmessung vor
1900	Johann August Brinell	Brinellhärteprüfverfahren, Kugeldruckversuch
1907	P. Ludwig E. Meyer	Berichtet über ein sowohl statisch als auch dynamisch benutzte Kegelprobe. Schuf das Rücksprungverfahren, erste Gedanken zur Härtetiefenmessung. Stellte das Potenzgesetz für den Kugeldruckversuch auf
1915	Albert Shore	Erstes Rücksprungverfahren, eine auf das Werkstück fallende Kugel der mehr oder weniger abprallt. Die Härtemessung wird in Shore-Punkten ausgedrückt.
1920	Stanley P. + Hugh M. Rockwell	Rockwellhärteprüfverfahren verschiedene, erstes Vorkraftverfahren, Patentanmeldung
1922	Smith + Sandland Vickers Flugzeugwerke	Vickershärteprüfverfahren, ab 1925 mit Diamantpyramide, erstmals die Messung sehr harter Teile ohne Beeinflussung durch den Prüfkörper, ermöglicht die Mikrohärteprüfung, mit sehr kleinen Prüflasten
1926	USA	Erste Härteprüfnorm für das Brinellhärteprüfverfahren
1937	Deutschland, Schweden	Erste Herstellung von Härtevergleichsplatten
1939	F. Knoop, C.G. Peters, W.B.E. Emerson	Entwicklung des Knoop Verfahrens am National Bureau of Standards (USA)
1940	Deutschland	Erste DIN Norm über das Vickersverfahren
1943	K. Meyer	Baut die erste Härte-Normalmesseinrichtung in Deutschland
?	?	UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance)
1946	Ernst	Abgewandeltes Rockwellverfahren mit sehr kleiner Prüflast. Patentanmeldung
1978	Leeb	Die Härteprüfung nach Leeb wurde erstmals 1978 angewandt und misst die eingebrachte Energie über den Rückprall.

Einteilung der Härteprüfverfahren

Grundeinteilung	Verfahren	Norm DIN EN ISO	Norm andere
Statische Verfahren	HK Knoophärte HB Brinellhärte HV Vickershärte HRC Rockwellhärte HM Martenshärte	DIN EN ISO 4545, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe- Härteprüfung nach Knoop DIN EN ISO 6506, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Brinell DIN EN ISO 6507, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Vickers DIN EN ISO 6508, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Rockwell DIN EN ISO 14577, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter	ASTM E 92 + 384 ASTM E 10 ASTM E 92 + 384 ASTM E 18
Dynamische Verfahren	Scleroscope n. Shore	Page 2 of 265 results	ASTM E 448
Mobile statische und dynamische Verfahren	HL LEEB Härte HMM Härte Mobil Mechanisch HME Härte Mobil Elektrisch UCI Ultrasonic Contact Impedance TIV Through Indenter Viewing HB Poldihärte HB Scherstifthärte HB - HV - HRC Härteprüfzwinge	DIN EN ISO 16859, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach Leeb DIN 50157, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit mechanischer Eindringtiefenmessung arbeiten DIN 50158, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit elektrischer Eindringtiefenmessung arbeiten DIN 50159, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren Ungenormt, abgewandeltes Vickersverfahren Ungenormt, abgewandeltes Brinellverfahren, Ungenormt, abgewandeltes Brinellverfahren Verschieden Verfahren möglich, als Brinell- Vickers- Rockwell Härte genormt	ASTM A 956 ASTM A 1038 ASTM E 110

Die klassischen Härteprüfverfahren

Genormte Härteprüfverfahren

Härteprüfung nach Knoop

DIN EN ISO 4545, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe- Härteprüfung nach Knoop

Härteprüfung nach Brinell

DIN EN ISO 6506, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Brinell

Härteprüfung nach Vickers

DIN EN ISO 6507, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Vickers

Härteprüfung nach Rockwell

DIN EN ISO 6508, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Rockwell

Härteprüfung Martenshärte

DIN EN ISO 14577, Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter

Die mobilen Härteprüfverfahren

Genormte Härteprüfverfahren

Härteprüfung Brinell - Vickers - Rockwell

Details siehe hier bei den klassischen Verfahren, Brinell - Vickers - Rockwell

Die klassischen Härteprüfverfahren Brinell - Vickers - Rockwell, sind seit langer Zeit auch immer schon als mobile Geräte im Einsatz, bereits kurz nach der Entwicklung der Grundverfahren machten sich Erfinder daran diese Verfahren Mobil zu machen. Der Vorteil dieser Geräte ist, dass Sie die in den Normen für die stationären Geräte geforderten Prüfbedingungen einhalten. Wichtig ist jedoch zu Wissen, da die Geräte ständig wechselnde Einsatzorte haben, kann der im jeweiligen Teil 2 der Norm, HB+HV = Kap. 6, HRC = Kap. 7, Zeitabstände zwischen den Überprüfungen, geforderte Punkt nicht eingehalten werden. Es ist daher im Prüfbericht zu vermerken, dass die Härte mit einem mobilen Gerät geprüft wurde.

Geräte gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen, die Liste der nachfolgenden Geräte erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Mobile Härteprüfgeräte nach Brinell	Mobile Härteprüfgeräte nach Vickers	Mobile Härteprüfgeräte nach Rockwell
King Brinelltester - USA	______________________HMO 10 - WPM Leipzig WIKI 30	_____________________ CPT - SUNTEC - USA N7P Zahnflänkenhärteprüfer

Härteprüfung LEEB Verfahren

DIN EN ISO 16859, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach Leeb

Die Leeb-Rückprallmethode oder Rückprall-Härteprüfung nach Leeb ist eine dynamische Härteprüfmethode, die von dem Wissenschaftler Dietmar Leeb entwickelt wurde. Hierbei wird ein Schlagkörper, an dessen vorderem Ende sich eine Hartmetall-Prüfspitze befindet, mit einer definierten Energie gegen die Oberfläche des Prüfstücks getrieben. Der Aufprall des Schlagkörpers bewirkt eine Verformung der Oberfläche, was zu einem Verlust kinetischer Energie führt. Dieser Energieverlust wird durch Geschwindigkeitsmessung ermittelt und daraus ein Härtewert HL berechnet.

Die definierte Energie des Aufpralls kann durch Federkraft oder eine Fallrohreinrichtung hervorgerufen werden. Die Geschwindigkeit des Schlagkörpers wird zum Beispiel mittels eines an einer feststehenden Spule induzierten Spannungssignals gemessen. Umgewandelte Werte des Prüfresultats können in Werte anderer Härteskalen, wie Rockwell (HRC, HRB), Brinell (HB), Vickers (HV) und Shore-Härte (HS), umgewertet werden.

Härteprüfung nach Leeb Dietmar Leeb hat in den frühen 70er Jahren die verschiedenen Lösungen der tragbaren Härteprüfung wie das Baumann-Steinrück, Schmidt und Shore Verfahren studiert. Die am meisten benützen Geräte waren die dynamisch Modelle, wo die Prüflast schlagartig aufgebracht wird. Die Frage stellte sich, wie kann man den üblichen Anwendungsbereich durch flexiblere Bedienung erweitern, ohne Messgenauigkeit zu verlieren, d.h. schnelles und bequemes Prüfen unabhängig vom Benützer und der Prüfrichtung. Das Resultat war die Erfindung und erfolgreiche Produktion des EQUOTIP im Jahr 1975 eines dynamischen Härteprüfverfahrens und dem gleichnamigen Prüfgerät. Diese Methode ist heute auch in Verbindung mit dem Erfindernamen bekannt als Härteprüfung bzw. Rückprall-Härteprüfung nach Leeb. Das EQUOTIP ist heute eines der am meisten benützten mobilen Härteprüfgeräte. Prinzip: Die Leeb-Härte ist ein Verfahren der Rücksprunghärte, bei dem ein Schlagkörper, an dessen vorderem Ende sich ein Eindringkörper befindet, mit einer definierten Energie auf die Probe geschossen wird. Die Leeb-Härte ist als folgendes Verhältnis definiert:

Härteprüfung HMM Verfahren

DIN 50157, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit mechanischer Eindringtiefenmessung arbeiten

Härteprüfung HME Verfahren

DIN 50158, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit elektrischer Eindringtiefenmessung arbeiten

Härteprüfung UCI Verfahren

DIN 50159, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren