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.

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.

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
Statische Verfahren	Knoophärte Brinellhärte Vickershärte Rockwellhärte 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
Dynamische Verfahren	LEEB Härte Poldihärte Rücksprunghärte
Portable statische und dynamische Verfahren	UCI TIV Härtezwinge