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 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.

• 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.

34CRMo4 +QT, 1.7220 +QT , gut erkennbar bei etwa gleicher Härte 2 unterschiedliche Gefüge.

Beispiel 100Cr6, gehärtet i.O.	Beschreibung	Beispiel 100Cr6, gehärtet n.i.O.	Beschreibung
	60-61 HRC Karbide im angelassenen, strukturlosen Martensit Restaustenitgehalt <15 % unterhalb der Nachweisgrenze Härtegefüge i.O.		60 HRC Nadeliger Martensit, Karbide aufgelöst Restaustenitgehalt ca.25 –30% Härtegefüge n.i.O.
Beispiel Vergütungsgefüge n.i.O.	mech. Eigenschaften+Gefüge	Beispiel Vergütungsgefüge i.O.	mech. Eigenschaften+Gefüge
	228 – 266 HB Rm 770 – 900 MPa Feinstlamellarer Perlit mit Ferrit		238 – 276 HB Rm 800 – 930 MPa Hoch angelassener Martensit, Vergütungsgefüge

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
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 .
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
1961?	C. Kleesattel	UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance), 1961 Patentanmeldung
1946	Ernst	Abgewandeltes Rockwellverfahren mit sehr kleiner Prüflast. Patentanmeldung
1975	Dietmar Leeb	Die Härteprüfung nach Leeb wurde erstmals 1978 angewandt und misst die eingebrachte Energie über den Rückprall.

Einteilung der Härteprüfverfahren

Die Härteprüfverfahren lassen sich Grundsätzlich in die statischen und dynamische Prüfverfahren einteilen. Die meisten dynamischen Verfahren werden bei mobilen Prüfgeräten eingesetzt, die statischen Verfahren sind eher die klassischen Verfahren wie Brinell-Rockwell-Vickers. In der nachfolgende Tabelle sind die wichtigsten Prüfverfahren zusammengefasst.

Grundeinteilung	Schreibweise	Verfahren	Norm DIN EN ISO	Norm andere
Statische Verfahren	HK+Prüflast HB +Prüflast HV +Prüflast HR +Kurzzeichen HM +Prüflast	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	ASTM E 92 + 384 ASTM E 10 ASTM E 92 + 384 ASTM E 18
Dynamische Verfahren	Scleroscope n. Shore	Shore Härte	Richtlinien für die Prüfung der Skleroskophärte metallischer Werkstoffe	ASTM E 448
Mobile statische und dynamische Verfahren	HL HMM+ Verfahren in das Umgewertet wurde HME+ Verfahren in das Umgewertet wurde UCI+ Verfahren in das Umgewertet wurde TIV HB HB HB - HV - HRC	LEEB Härte Härte Mobil Mechanisch Härte Mobil Elektrisch Ultrasonic Contact Impedance Through Indenter Viewing Poldihärte Scherstifthärte 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 DIN EN ISO 6506 - 6507 -6508, verschieden Verfahren möglich, als Brinell- Vickers- Rockwell Härte	ASTM A 956 ASTM A 1038 ASTM E 110

Klassische Härteprüfverfahren

Genormte Härteprüfverfahren

Frühzeitig begann bereits die Standardisierung der Härteprüfung. 1900 stellte Johan August Brinell auf der Weltausstellung in Paris den genormten Kugeldruckversuch vor. Wohl kaum hat sich jemals ein Materialprüfungsverfahren in derart kurzer Zeit so allgemein eingeführt und so viele Anhänger erworben. Die Erklärung hierfür ist in den hervorragenden Eigenschaften dieser Methode, insbesondere in ihrer Einfachheit und Brauchbarkeit für die industrielle Praxis zu finden. Angeregt durch ihre vielseitige Verwendbarkeit befaßten sich denn auch gar bald eine Reihe hervorragender Wissenschaftler und Praktiker mit den theoretischen Grundlagen und praktischen Anwendungsmöglichkeiten und Anwendungsgebieten der Brinellschen Kugeldruckprobe. Der große Verdienst von Brinell ist es neben der Erfindung das Verfahren systematisiert zu haben und die Einführung der Belastungsgrade, die eine proportionalen Anstieg der Prüflast im Verhältniss zum Kugeldurchmesser sicherstellten. Somit wurde erstmals eine reproduzierbare Härteprüfung gewährleistet und Prüfergebnisse verschiedener Prüflabore wurden vergleichbar. Jedoch kam die Brinellhärteprüfung schnell an Ihre Grenzen, sehr harte Teile lassen sich nicht Prüfen und auch kleine Teile und Beschichtungen sind mit der Brinellhärte nicht Prüfbar.

1920 haben die Brüder Stanley P. + Hugh M. Rockwell das Rockwellprüfverfahren Patentieren lassen. Hiermit war es erstmals möglich sehr harte Teile mittels eines Diamantkegels zu Prüfen. Die Rockwellhärteprüfung ist aufgrund Ihrer einfachen und sicheren Handhabung, heute das am meisten genutzte Härteprüfverfahren. Aber auch hier gab es das Problem das keine Beschichtungen und keine sehr kleinen Teile geprüft werden konnten.

1922 wurde bei den Vickers Flugzeugwerken in England von den beiden Ingenieuren Smith + Sandland das bekannte Vickers Härteprüfverfahren entwickelt. Da im Flugzeugbau schon immer die Leichtbauweisen existierte und bereits sehr Früh mit kleine leichten Bauteilen und Beschichtungen gearbeitet wurde, ist es logisch das dieses Verfahren bei einem Flugzeugwerk entwickelt wurde. Die Härte Vickers ist eine Ableitung aus der Brinellhärte und daher mit dieser gut korrelierend.

Härteprüfung nach Brinell

Genormt ist die Brinellhärteprüfung in der DIN EN ISO 6506, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Brinell, Teil 1-3 und der ASTM E10

Beschreibung	Brinellhärte Schematischer Prüfaufbau, Formel und Schreibweise	Schreibweise und Einsatzbereich der Brinellhärteprüfung
Die vom schwedischen Ingenieur Johan August Brinell entwickelte und auf der Weltausstellung im Jahre 1900 in Paris präsentierte Methode der Härteprüfung kommt bei weichen bis mittelharten Metallen wie unlegiertem Baustahl, Aluminiumlegierungen, bei Holz (ISO 3350) und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge, wie etwa Gusseisen, zur Anwendung. Es war die Absicht Brinells, eine Härteprüfmethode in die Technik einzuführen, welche einmal für praktische Zwecke genügend genaue Ergebnisse liefert, aber auch schnell und zuverlässig durch jeden durchgeführt werden kann. Auch sollte der zu verwendende Eindringkörper einfach zu beschaffen und der Prüfling sollte möglichst das Bauteil oder das Halbzeug sein. In der Erfüllung dieser Bedingungen liegt unter anderem der Erfolg der Härteprüfung nach Brinell. Brinell führte auch das System des Belastungsgrades ein. Mit dem Belastungsgrad kann sichergestellt werden, dass unabhängig von der Prüflast die Härte gleich geprüft wird, wenn zwischen Kugel Ø und Prüflast ein proportionaler Anstieg vorhanden ist. Es sind 4 Belastungsgrade für die verschiedenen Werkstoffe vorhanden 1 - 2,5 - 5 - 10 - 30 (von Brinell stammen die Fett geschriebenen Belastungsgrade), mittels des Belastungsgrades und dem KugelØ zum Quadrat, kann die Prüflast ausgerechnet werden. Beispiele Kugel Ø 2,5mm2 x Belastungsgrad 30 = 2,5 x 2,5 x 30 = 187,5 kp Prüflast Kugel Ø 5mm2 x Belastungsgrad 30 = 5 x 5 x 30 = 750 kp Prüflast Kugel Ø 2,5mm2 x Belastungsgrad 10 = 2,5 x 2,5 x 10 = 62,5 kp Prüflast Kugel Ø 5mm2 x Belastungsgrad 10 = 5 x 5 x 10 = 250 kp Prüflast Wird also jetzt bei einsprechender Bauteilgröße mit dem Belastungsgrad 10 (für Kupfer) oder 30 (für Stahl) geprüft ist das Prüfergebnis theoretisch gleich, unabhängig davon mit welchem Kugel Ø geprüft wird, wenn der Belastungsgrad gleich bleibt. Bei der Brinellhärteprüfung wird eine Hartmetallkugel mit einem definierten Ø mm, einer definierten Kraft F und einer definierten Zeit s, in die Oberfläche der Probe gedrückt. Nach Rücknahme der Prüfkraft wird der verbliebene Eindruckdurchmesser mit einem Mikroskop oder einer Meßlupe ausgemessen. Hierbei wird der Eindruckdurchmesser d auf 1/100 mm genau ausgemessen (bei unrundem Eindruck wird der Mittelwert aus zwei senkrecht aufeinanderstehenden Durchmessern gebildet). Die Brinellhärte ist proportional zu dem Quotienten, der aus der Prüfkraft geteilt durch die gekrümmte Oberfläche des Eindruckes berechnet wird. Es wird davon ausgegangen, dass der Eindruck die Form des unbelasteten kugelförmigen Eindringkörpers annimmt und seine Oberfläche wird nach der in nebenstehenden Gleichung berechnet aus dem mittleren Eindruckdurchmesser und dem Kugeldurchmesser. Der Härtewert wird vor das Kurzzeichen HB gesetzt. Vor Einführung der SI-Einheit "Newton" (N) wurde die Prüfkraft F in kp eingesetzt, so daß sich als Einheit der Brinellhärte kp/mm² ergab. Da nach internationaler Vereinbarung bei Einführung der Einheit Newton die Zahlenwerte der verschiedenen Härteprüfverfahren unverändert bleiben sollen, gilt nunmehr die Berechnungsformel mit F in Newton, hierzu wurde der HB Formel der Faktor 0,102 zugefügt, eine Einheit wird nicht mehr angegeben. Da neben dem sichtbaren Eindruck ein noch größerer nicht sichtbarer Verformungsbereich des Härteeindruckes vorhanden ist müssen für Härteeindrücke untereinander mindest Abstände und Dicken eingehalten werden. Der Abstand des Mittelpunktes jedes Prüfeindruckes vom Rand der Probe muss mindestens das Zweieinhalbfache des mittleren Eindruckdurchmessers betragen der Mittelpunkte zweier nebeneinander liegender Prüfeindrücke muss mindestens das Dreifache des mittleren Eindruckdurchmessers betragen Die Dicke der Probe muss mindestens das Achtfache der Eindringtiefe betragen. Werte für die Mindestprobendicke in Abhängigkeit vom mittleren Eindruckdurchmesser sind in DIN EN ISO 6506, Teil 1, Anhang B (normativ)Tabelle B.1, in Abhängigkeit vom KugelØ angegeben. sichtbare Verformungen auf der Rückseite der Probe können ein Anzeichen dafür sein, dass die Probe zu dünn ist.	Schematischer Prüfaufbau Formel Schreibweise der HB Härte Wie bei allen Härteprüfverfahren wird immer erst die Härtezahl dann das Prüfverfahren dann die Prüfbedingungen geschrieben	Einsatzbereich der Brinellhärteprüfung Querschliff durch einen HB Eindruck, geätzt nach Heyn, gut erkennbar die nicht sichbare Verformung in die Tiefe. Tabelle der mindestes Probendicke

Härteprüfung nach Vickers

Genormt ist die Vickershärteprüfung in der DIN EN ISO 6507, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Vickers, Teil 1-3 und der ASTM E 92 / E 384

Beschreibung	Vickershärte Schematischer Prüfaufbau, Formel und Schreibweise	Vickershärteprüfung
Da die Ermittlung der Brinellhärte über 400 HB wegen der Abplattung der Prüfkugel Schwierigkeiten machte, wurde 1921 nach Ideen von Smith und Sandland in den englische Vickersflugzeugwerkenwerken ein neues Härteprüfverfahren entwickelt, bei dem als Eindringkörper eine vierseitige regelmäßige Diamantpyramide mit 136 Spitzenwinkel zwischen den gegenüberliegenden Flächen benutzt wird (die Spitze ist nicht abgerundet und erscheint selbst unter dem Mikroskop als Spitze). Im übrigen zeigt der Vickersversuch große Ähnlichkeit mit dem Brinellversuch, da Smith und Sandland den Winkel der Pyramyde direkt aus der Brinellkugel abgeleitet haben. Bei der Vickershärteprüfung wird die Diamantpyramide mit einer definierten Kraft F und einer definierten Zeit s, senkrecht in die Oberfläche der Probe gedrückt. Nach Rücknahme der Prüfkraft wird der verbliebene Eindruck mit einem Mikroskop oder einer Meßlupe ausgemessen. Hierbei werden die Diagonalen d1 und d2 des Eindruckes, der nach Rücknahme der Prüfkraft F auf der Prüffläche entsteht, werden gemessen. Die Vickershärte ist proportional dem Quotienten aus der Prüfkraft und der Oberfläche des Eindrucks, der als gerade Pyramide mit quadratischer Grundfläche und gleichem Winkel wie der Eindringkörper angenommen wird. Der Härtewert wird vor das Kurzzeichen HV gesetzt. Vor Einführung der SI-Einheit "Newton" (N) wurde die Prüfkraft F in kp eingesetzt, so daß sich als Einheit der Vickershärte kp/mm² ergab. Da nach internationaler Vereinbarung bei Einführung der Einheit Newton die Zahlenwerte der verschiedenen Härteprüfverfahren unverändert bleiben sollen, gilt nunmehr die Berechnungsformel mit F in Newton, hierzu wurde der HV Formel der Faktor 0,102 zugefügt, eine Einheit wird nicht mehr angegeben. Da neben dem sichtbaren Eindruck ein noch größerer nicht sichtbarer Verformungsbereich des Härteeindruckes vorhanden ist müssen für Härteeindrücke untereinander mindest Abstände eingehalten werden, hier gilt die Regel, die Dicke der Probe muss mindestens das Achtfache der Eindringtiefe betragen. In der Norm gibt es hierzu nebenstehende Tabelle dies erleichtert die Arbeit. Da neben dem sichtbaren Eindruck ein noch größerer nicht sichtbarer Verformungsbereich des Härteeindruckes vorhanden ist müssen für Härteeindrücke untereinander mindest Abstände und Dicken eingehalten werden. Der Abstand des Mittelpunktes jedes Prüfeindruckes vom Rand der Probe muss für die Werkstoffe wie Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen mindestens das Zweieinhalbfache der mittleren Diagonalenlänge betragen wie Leichtmetalle, Blei, Zinn und deren Legierungen mindestens das Dreifache der mittleren Diagonalenlänge betragen Der Abstand der Mittelpunkte zweier nebeneinander liegender Prüfeindrücke muss für die Werkstoffe wie Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen mindestens das Dreifache der mittleren Diagonalenlänge betragen wie Leichtmetalle, Blei, Zinn und deren Legierungen mindestens das Sechsfache der mittleren Diagonalenlänge betragen wenn zwei nebeneinander liegende Prüfeindrücke sich in ihrer Größe unterscheiden, dann muss der Mindestabstand auf der Grundlage der mittleren Diagonalenlänge des größeren Prüfeindruckes bestimmt werden. Weiter Randbedingungen Die Dicke der Probe muss mindesten den in DIN EN ISO 6507 Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers– Teil 1: Prüfverfahren, Anhang A (normativ) Bild A.1, geforderten Werten entsprechen. An ebenen Oberflächen darf die Differenz zwischen den Längen der beiden Diagonalen eines Eindruckes nicht größer als 5 % sein, ist die Differenz größer, muss es im Prüfbericht angegeben werden. Leider gibt die Norm keinen Hinweis wie die Diagonalen zueinander in Beziehung zu setzen sind. Je nach dem welche der Diagonalen als Bezugsgröße für die Berechnung genommen wird erhält man unterschiedliche Ergebnisse, siehe nebenstehendes Beispiel. Videomesssysteme und automatische Bildauswertung Die Auswertung der Vickershärteeindrücke mit Videosystemen oder mit Bildanalysesystemen ist in der Zwischenzeit weit verbreitet, vor dem Einsatz solcher Systeme sind diese auf Ihre Tauglichkeit zu überprüfen, diese ist nicht immer gegeben. Leider wird in der DIN EN ISO 6507 in keiner Weise auf diese Thematik eingegangen, obwohl diese System seit mehr als 25 Jahren eingesetzt werden. Die Anzahl der Fehlerquellen beim Einsatz von Video- und Bildanalysesystemen sind viele, die nachfolgenden Grundregeln sollten beim Einsatz dieser Systeme immer eingehalten werden: Härteeindrücke unter d = 0,05mm (50µm), sind mit einem Objektiv 40x und numerischer Apertur von 0,6 zu vermessen Das Messmikroskop sollte eine Köhlersche Beleuchtung haben Die Videokamera sollte ein Schwarz-Weiß Kamera sein Bei der Kamera sind extrem hohe Pixelzahlen nicht erforderlich, die Auflösung wird von der Optik und nicht von der Pixelzahl begrenzt. Lichtoptisch ist die Auflösungsgrenze lt. Abbe bei 0,0002mm (0,2µm) begrenzt. Die aufgenommenen Bilder dürfen nicht mit elektronischen Filtern (Sharpening) verändert werden, dies lässt die Norm nicht zu, nicht selten führen solche Filterungen zu Fehlmessungen, da die Eindruckgröße manipuliert wird. Gerade bei kleineren Härteeindrücken kann ein solcher Fehler überproportional das Ergebnis verfälschen. Nach Norm sollten Vergrößerungen so gewählt werden, dass die Diagonale mindestens auf 25 %, aber höchstens auf 75 % des Gesichtsfeldes vergrößert wird. Die untere Grenze ist logisch bei einer Okularvermessung , bei einer Auswertung im Videobild kann es bei nur 25% Bildfeld bereits einen relavanten Pixelfehler geben, der die Prüfergebnisse deutlich verfälscht. 75% macht bei Okularvermessung nur Sinn wenn Objektive mit einem ausgeprägten Astigmatismus eingesetzt werden, die eine massive Bildverzerrung am Rand aufweisen, bei einer Auswertung im Videobild ist eine Begrenzung unnötig. Grundsätzlich sollten Härteprüfmaschinen eine ausreichende Anzahl an Objektiven aufweisen um alle möglichen Vergrößerungen abzudecken, sind diese Objektive nicht vorhanden kann nicht ausreichend genau gemessen werden.	Schematischer Prüfaufbau Formel Ableitung HV aus HB Schreibweise HV Härte Wie bei allen Härteprüfverfahren wird immer erst die Härtezahl dann das Prüfverfahren dann die Prüfbedingungen geschrieben	Einsatzbereich der Vickershärteprüfung Querschliff durch einen HV Eindruck, geätzt nach Heyn, gut erkennbar die nicht sichbare Verformung in die Tiefe. Graphik der mindestes Probendicke, mit eingezeichneten Beispielen der Mindestprobendicke 1000 HV 10 = ca. 0,18 mm Mindestprobendicke 500 HV 10 = ca. 0,27 mm Mindestprobendicke Diagonale Auswertung unterschiedlicher Härteeindrücke Je nach dem welche der Diagonalen als Bezugsgröße für die Berechnung genommen wird erhält man unterschiedliche Ergebnisse

Härteprüfung nach Rockwell

Genormt ist die Rockwellhärteprüfung in der DIN EN ISO 6508, Metallische Werkstoffe-Härteprüfung nach Rockwell, Teil 1-3 und der ASTM E 18

Beschreibung	Rockwellhärte Schematischer Prüfaufbau, Prüfzyklus und Schreibweise	Zeichnung aus der Patentanmeldung Rockwellverfahren
Das bereits 1914 von den Brüdern Stanley P. + Hugh M. Rockwell zum Patent eingereichte Härteprüfverfahren erfreute sich sehr schnell, aufgrund seiner einfachen Anwendung und Durchführung großer Beliebtheit, das Härteprüfverfahren wurde nach seinen Erfindern Rockwellhärteprüfung benannt. Es dürfte das am meisten eingesetzte Härteprüfverfahren im stationären Bereich sein. Das Prinzip ist verblüffend einfach und basiert auf der Eindringtiefenmessung. Bereits 1908 hatte Prof. P. Ludwig erste Gedanken zur Härteprüfung mittels einer Tiefenmessung gehabt, die Brüder Rockwell haben auf eine elegante Art durch die Einführung der Vorlast, die leidige Festlegung des Nullpunktes bei einer Eindringtiefenmessung gelöst. Die BEDEUTUNG der Rockwellhärte kann gar nicht hoch genug bewertet werden, ein Härter denkt in HRC. So muss der Verfasser einen Vickerswert immer in HRC umwerten damit er ohne nachzudenken weis was gemeint ist, 60 HRC sind für einen Härter eine stehende Größe, bei der er nicht nachdenken muss was Sie bedeuten. Die Rockwellhärte eines Werkstoffs ergibt sich aus der Eindringtiefe eines Prüfkörpers bei Anliegen einer bestimmten Vor- und Prüfkraft. Prüfkörper, -kräfte, -dauer und Einheitenberechnungsformeln sind in der Norm DIN EN ISO 6508-1 festgelegt. Mit einer vorgegebenen Prüfkraft wird der Prüfkörper in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstücks vorbelastet. Die Tiefe des Eindringens des Prüfkörpers bei Vorlast dient dabei als Bezugsebene, danach wird der Eindringkörper mit der Hauptlast belastet. Anschließend wird diese wieder zurückgenommen, so dass nur noch die Vorlast wirksam ist. Die Differenz der Eindringtiefen vor und nach Auflegen der Hauptlast ist das Maß für die Rockwellhärte des Werkstoffs. Die Rockwelleinheiten errechnen sich nach einer (je nach angewandter Normskala unterschiedlichen) Formel aus der Eindringtiefe. Die Eindringtiefe des Prüfkörpers wird mit einer Messsystem festgestellt, das mit der Prüfspitze verbunden ist. Nach der ursprünglichen Entwicklung der beiden Verfahren HRC und HRB, wobei hier C für Cone(Kegel) und B für Ball(Kugel) steht, wurden viele weitere Rockwellhärteprüfverfahren entwickelt, wobei der Prinzipielle Prüfablauf immer der gleiche ist. Hinweis Wichtig für den Anwender ist zu beachten, das die Rockwellhärteprüfung nach DIN EN ISO 6508 anders als nach ASTM E 18 durchgeführt wird. Daher müssen Härteprüfmaschinen die nach ASTM Prüfen anders eingestellt und kalibriert werden.	Schematischer Versuchsablauf Vorkraft aufgeben F0 Messuhr nullen Zusätzlich Hauptkraft F1 aufgeben = Prüfgesamtkraft F Hauptkraft F1 aufheben Härtewert an der Messuhr ablesen Vorkraft F0 aufheben Zeitzyklus der HR Härteprüfung Schreibweise der HR Härte Wie bei allen Härteprüfverfahren wird immer erst die Härtezahl dann das Prüfverfahren dann die Prüfbedingungen geschrieben 60 HRC	Zeichnung aus der Patentanmeldung Rockwellverfahren

Härteprüfung nach Knoop

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

<math>HK = 1{,}451 \, \frac{F}{l_D^2}</math>

Härteprüfung Martenshärte

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

Klassische Härteprüfverfahren Prüfgeräte

Härteprüfung nach Brinell	Härteprüfung nach Vickers	Härteprüfung nach Rockwell
Älteres Prüfgerät DIA TESTOR 731	Älteres Prüfgerät Zwick 3212	Älteres Prüfgerät VA 2
Modernes Prüfgerät DURAVISION	Modernes Prüfgerät DURASCAN	Modernes Prüfgerät DURAJET

Mobile Härteprüfverfahren

In 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 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 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 Rockwell	Mobile Härteprüfgeräte nach Rockwell	Mobile Härteprüfgeräte nach Brinell	Mobile Härteprüfgeräte nach Vickers	Mobile Härteprüfgeräte nach Vickers
N7P Zahnflankenhärteprüfer	CPT Rockwell Prüfzwinge	King Brinelltester - USA	WIKI 30	HMO 10 - WPM Leipzig

Härteprüfung LEEB Verfahren

DIN 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.

Formel Die Leeb-Härte ist als folgendes Verhältnis definiert, der L-Wert, auch Leeb-Zahl oder Leeb-Härte (HL) genannt, ist einfach ausgedrückt gleich dem Verhältnis von der Rückprallgeschwindigkeit vr zur Aufprallgeschwindigkeit vi des Schlagkörpers, multipliziert mit 1000.	Schematisches Prüfprinzip Dabei sind die Scheitelwerte des induzierten Spannungssignals – gemessen an einer bestimmten Stelle über der Prüfoberfläche – proportional zur Aufprall- bzw. Rückprallgeschwindigkeit.	Aufbau Schlaggerät	Original Equotip von 1975, gebaut von aus der Schweiz	Modernes LEEB Gerät von aus der Schweiz

Für die LEEB Geräte gibt es unterschiedliche Schlaggeräte die auf die Prüfaufgabe angepasst sind.

Härteprüfung HMM Verfahren

DIN 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.

Historisches HMM Härteprüfgerät von	Modernes HMM Härteprüfgerät von	Modernes HMM Härteprüfgerät von
	Modell "Computest SCX"	Modell "Metalltester MKII"

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

Umwertung von Härtewerte

Umwertung von Härtewerten genormt in der DIN ISO 18265 Metallische Werkstoffe - Umwertung von Härtewerten.

Die Umwertung von Härtewerten wird bereits seit Brinell durchgeführt, bereits Brinell hatte festgestellt das zwischen der HB Härte und der Zugfestigkeit eine positive Korrelation besteht. Jedoch muß auch beachtet werden das Härteprüfung und Zugversuch zwei Grundsätzlich verschiedene Versuche mit vollkommen verschiedenen Beanspruchungsarten sind. Auch wird bei der Umwertung aus Härte in Zugfestigkeit bei unterschiedlichen Gefügestrukturen die z.B. andere Dehngrenzen und Dehnungen bewirken nicht erkannt werden das hier nicht der gewünschte Werkstoffzustand vorhanden ist,(Kapitel-Was ist Härte?).

Eine Umwertung sollte nur erfolgen wenn Sie zwischen den beteiligten Parteien abgestimmt ist und die Prüfbedingungen genauestens festgelegt wurden.

Grundsätzliches zum Umwerten

• Zwischen Härteprüfung und Zugversuch bestehen hinsichtlich der Werkstoffbeanspruchung wesentliche Unterschiede
• Es ist nicht möglich, mittels eines Modells gesicherte funktionale Beziehungen zwischen beiden Kennwerten abzuleiten
• Härte und Zugfestigkeit sind jedoch positiv korreliert
• Es ist möglich für eingeschränkte Gültigkeitsbereiche, empirische Beziehungen aufzustellen

Umwerteunsicherheiten

• Die Unsicherheit eines Umwertergebnisses kann beträchtlich sein
• Besonders wenn die systematische Abweichung der Härteprüfmaschine nicht berücksichtigt wird

Zwischen Zugfestigkeit, Brinell- und Vickershärte besteht eine nicht parallele Lineare Beziehung, mit anderen Härteprüfverfahren wie HRB / HRC ist dies nicht der Fall, dies macht generell eine Umwertung zwischen verschiedenen Prüfverfahren schwierig. Es können wie bereits erwähnt für eingeschränkte Gültigkeitsbereiche, empirische Beziehungen aufgestellt werden.

Warnung und Anmerkung

• Die bisherige Praxis bei der Umwertung von Härtewerten hat gezeigt, dass oft versucht wird die Härtewerte zweier verschiedener Skalen bzw. Zugfestigkeitswerte ohne die Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften in eine feste Beziehung zu setzen. Dies ist nicht möglich, Bild 1 +2 der Norm. Daher sollte der Anwender sorgfältig Prüfen, ob alle Grundlagen für eine Umwertung erfüllt sind.
• Die in der Norm in den Anhängen A-F beigefügten Tabellen sind informative Anhänge, Sie sollen dazu dienen dem Anwender zu Zeigen wo in etwa Werte bei Umwertungen liegen. Da diese Tabellen Teilweise bereits mehr als 30 Jahre alt sind und auch nicht immer bekannt ist bei welchen Prüfbedingungen die Härtewerte ermittelt wurden, ist bei der Anwendung Vorsicht geboten. So sind werden bei der Rockwellhärteprüfung Heute vollkommen andere Prüfbedingungen angewendet als z.B. bei der Erstellung der Tabellen. D.h. das hier schon neben den bereits vorhandenen Unsicherheiten der Umwertung ein systematischer Fehler vorhanden ist. Auch sind nur ausgesuchte Werkstoffe in den Tabellen vorhanden, die Tabellen sind wie bereits erwähnt nicht ohne weiteres auf andere Werkstoffe / Legierungen übertragbar.

Umwerteunsicherheit

Da Umwerteunsicherheiten beträchtlich sein können insbesondere wenn die systematische Abweichung der Härteprüfmaschine nicht berücksichtigt wird, gibt die Norm hierfür ein deutliches Bespiel

• 85,5 HRA ≈ 920 HV (Tab. D.2)
• Grenzabweichung der Prüfmaschine zulässig ± 1,5 HRA
• Systematische Abweichung + 1,4 HRA = 85,5 - 1,4 = 84,1 ≈ 845 HV
• Abweichung des umgewerteten Härtewertes +75 HV

Schreibweise der Umwertung

Obwohl bereits in den Vorgängernormen zur DIN EN ISO 18265, der DIN 50150, die Schreibweise einer Umwertung genau festgelegt wurde, wird bei den meisten Umwertungen nicht angegeben das Umgewertet wurde. Dies ist ein grober Fehler, die Norm schreibt vor das Umwertungen wie nachfolgend geschrieben werden müssen.

Umwertung Richtig gemacht

Wenn umgewertet werden soll ist die beste und sicherste Lösung	erstellen Sie eine eigene auf Ihren Messwerten basierende Umwertekurve, siehe Bild geben Sie immer die Umwerteunsicherheit an führen Sie Umwertungen nur nach Genehmigung durch den Auftraggeber durch lassen Sie den Auftraggeber gegebenenfalls die Tabelle der Norm festlegen nach der die Umwertung durchgeführt werden soll, wenn keine eigene Tabelle vorhanden ist
Umwertebeziehung erstellt und ergänzt um den Beitrag zur Umwerteunsicherheit

Bekannte Hersteller

In der Historie gab es im deutschsprachigem Raum viele Hersteller von Härteprüfmaschinen, von denen einige nicht mehr existieren. Nachfolgend eine Liste von existenten und nicht mehr existenten Herstellern von Härteprüfmaschinen.

emcotest Kuchl - Austria	Otto Wolpert Werke - Ludwigshafen	KB Prüftechnik GmbH	Karl Frank - Weinheim	WPM Werkstoffprüfmaschinen - Leipzig	Reicherter - Esslingen	AFFRI INDUNO OLONA (VA) ITALY	ERNST Härteprüfer SA
	nicht mehr existent		nicht mehr existent		nicht mehr existent

Einzelnachweise

<references>