Härteprüfung
Inhaltsverzeichnis
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 des Härteprüfverfahrens und von Härtewerten sollte klar sein,was mit dem festgelegten Härtewert erreicht werden soll!
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.[1]
- 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 unterschiedlichen Gefügestrukturen haben, nachfolgende Beispiele.
Beispiele
100CR6 +Q, 1.3505 +Q, gut erkennbar bei etwa gleicher Härte 2 unterschiedliche Gefüge.[2]
34CRMo4 +QT, 1.7220 +QT , gut erkennbar bei etwa gleicher Härte 2 unterschiedliche Gefüge.[2]
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.
An dieser Stelle eine Anmerkung von mir:
Wie gut in der nachfolgenden Tabelle zu sehen ist ist Friedrich Mohs (1773-1839) nicht der Erfinder der Härteprüfung an Metallen, wie es immer wieder dargestellt wird. Mit seiner Klassifikation von Mineralien, die vor allem auf die physikalischen Eigenschaften (Form, Härte, Sprödigkeit, spezifisches Gewicht) seiner Objekte abhob hat er die Skala der Ritzhärteprüfung zur Klassifizierung von Mineralien entwickelt. Hierbei befand sich Mohs in Opposition zu den meisten seiner Kollegen, die das Hauptgewicht auf die chemische Zusammensetzung legten. Die Historie hat Mohs mit seiner Klassifizierung der Mineralien aber recht gegeben. Schon ca. 100Jahre vor Mohs hat z.B. Reamur die Härte von Eisen bestimmt.
Die nachfolgende Tabelle gibt auszugsweise, die Historische Entwicklung der Härteprüfung an wieder.
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 | Adolf Karl Gottfried Martens | Ritzhärteverfahren | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1898 | Adolf Karl Gottfried Martens | Schlug ein Gerät für den instrumentierten Eindringversuch mit mechanisch-hydraulischer Tiefenmessung vor | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1900 | Johann August Brinell | Brinellhärteprüfverfahren, Kugeldruckversuch.
Brinell hat nicht nur das nach Ihm bennante Härteprüfverfahren entwickelt, sondern galt zu seiner Zeit (Geb.1849-Gest. 1925) als einer der hervorragender Kenner der Stahlherstellung. Unter den Fachleuten der Eisen- und Stahlindustrie nimmt Brinell eine der hervorragendsten Stellungen ein[3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1908 | P. Ludwig, Prof. | Berichtet über ein sowohl statisch als auch dynamisch benutzte Kegelprobe, erste Gedanken zur Härteprüfung mittels einer Tiefenmessung. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1908 | E. Meyer, Prof. | Meyer Härteprüfung, stellte das Potenzgesetz für den Kugeldruckversuch auf | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1914 | Stanley P. + Hugh M. Rockwell | Rockwellhärteprüfverfahren verschiedene, erstes Vorkraftverfahren mit Tiefenmessung, Patenteinreichung 15. Juli 1914, U.S. Patent 1,294,171 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1915 | Albert Shore | Erstes Rücksprungverfahren, eine auf das Werkstück fallende Kugel der mehr oder weniger abprallt. Die Härtemessung wird in Shore-Punkten ausgedrückt. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1921 | Vickers Flugzeugwerke
Robert L. Smith und George E. Sandland |
Vickershärteprüfverfahren, erstmals die Messung sehr harter Teile ohne Beeinflussung durch den Prüfkörper, ermöglicht die Mikrohärteprüfung, mit sehr kleinen Prüflasten Referenzfehler: Für ein <ref> -Tag fehlt ein schließendes </ref> -Tag.
Härteprüfung nach VickersDIN EN ISO 6507, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Vickers[6]
Härteprüfung nach RockwellGenormt ist die Rockwellhärteprüfung in der DIN EN ISO 6508, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Rockwell und in der ASTM E18, Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials. Härteprüfung nach KnoopDIN EN ISO 4545, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe- Härteprüfung nach Knoop
Härteprüfung MartenshärteDIN EN ISO 14577, Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter Mobile HärteprüfverfahrenIn den letzten Jahren wurden auch portable Verfahren in eine Normung aufgenommen. Die neu erstellten Normen sind teilweise etwas schwammig und sollen einen ersten Schritt in eine detailliertere Normung für die Zukunft bringen. Ein großer Vorteil der aktuellen Normung ist, die festgelegte Schreibweise für die jetzt genormten Verfahren. Dies bedeutet das die Angabe von nach den folgenden Verfahren geprüften Härtewerten genau festgelegt wurde und keine andere Schreibweise mehr zulässig ist. Genormte HärteprüfverfahrenHärteprüfung Brinell - Vickers - RockwellDetails siehe hier bei den klassischen Verfahren, Brinell - Vickers - Rockwell Die klassischen Härteprüfverfahren Brinell - Vickers - Rockwell, sind seit langer Zeit 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. Härteprüfung LEEB VerfahrenDIN EN ISO 16859, Teil 1-3, Metallische Werkstoffe - 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 dynamischen Modelle, wo die Prüflast schlagartig aufgebracht wird. Die Frage stellte sich, wie kann man den üblichen Anwendungsbereich durch flexiblere Bedienung erweitern, ohne Prüfgenauigkeit 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 funktionsweise wird nachfolgend beschrieben.
Für die LEEB Geräte gibt es unterschiedliche Schlaggeräte die auf die Prüfaufgabe angepasst sind. Härteprüfung HMM VerfahrenDIN 50157, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit mechanischer Eindringtiefenmessung arbeiten Die Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit mechanischer Eindringtiefenmessung arbeiten, ist ebenfalls schon sehr lange im Einsatz aus der Schweiz/Italien hat bereits vor über 60 Jahren diese Geräte erfolgreich eingeführt. Bei diesen Geräten handelte es sich um ein abgewandeltes Rockwellverfahren mit einer deutlich niedrigerer Prüflast und der Messung der Eindringtiefe unter der Prüflast. Die Prüflast wurde damals Online mit einer Flüssigkeitsanzeige an einer Skala abgelesen, dieses Prinzip wird bis Heute unverändert nur mit einer Digitalanzeige gebaut.
Härteprüfung HME VerfahrenDIN 50158, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung mit tragbaren Härteprüfgeräten, die mit elektrischer Eindringtiefenmessung arbeiten Härteprüfung UCI VerfahrenDIN 50159, Teil 1-2, Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach dem UCI-Verfahren Ungenormte HärteprüfverfahrenTIV HärtePoldihärteScherstifthärteprüfungBekannte HerstellerIn der Historie gab es im deutschsprachigem Raum viele Hersteller von Härteprüfmaschinen, von denen einige nicht mehr existieren. Nachfolgend eine Liste von Herstellern von Härteprüfmaschinen.
Einzelnachweise
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