Härteprüfung

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Grundlagen der Härteprüfung

Wer die Härteprüfung anwendet muss sich darüber im klaren sein, was er mit der Härteprüfung und dem erzielten Ergebnis eigentlich tun will. Hier besteht oftmals eine Vielzahl von diffusen Vorstellungen was der Härtewert (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 vorgegebenen Härtewerten sollte klar sein, was mit dem festgelegten Härtewert erreicht werden soll. Die vorgegebenen Toleranzen der Härtewerte sollten immer mit einer größtmöglichen Plus Toleranz versehenen werden.

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. Schon 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.

Bereits Adolf Martens hat 1898 eine entsprechende Definition gemacht

• 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

Historie

An der Entwicklung der Härteprüfung ist 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 immer weiter, so das Sie 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. 100 Jahre vor Mohs hat z.B. Reamur die Härte von Eisen bestimmt.

Die nachfolgende Tabelle gibt auszugsweise, die Historische Entwicklung der Härteprüfung an wieder.

Jahr	Härteprüfverfahren	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 Skala	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 Zerspannungsbedingungen
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	Brinellhärte	Johann August Brinell	Brinellhärteprüfverfahren, Kugeldruckversuch. Brinell hat nicht nur das nach Ihm benannte Härteprüfverfahren entwickelt, sondern galt zu seiner Zeit (Geb.1849-Gest. 1925) als einer der hervorragenden 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	Meyer Härteprüfung	E. Meyer, Prof.	Meyer Härteprüfung. Er stellte das Potenzgesetz für den Kugeldruckversuch auf
1914	Rockwellhärte	Stanley P. + Hugh M. Rockwell	Die Brüder Rockwell entwickelten das nach Ihnen benannte Rockwellhärteprüfverfahren, erstes Vorkraftverfahren mit Tiefenmessung, Patenteinreichung 15. Juli 1914, .
1915	Shore Härte	Albert Shore	Erstes Rücksprungverfahren, eine auf das Werkstück fallende Kugel der mehr oder weniger abprallt. Die Härtemessung wird in Shore-Punkten ausgedrückt.
1922	Vickershärte	Robert L. Smith und George E. Sandland	Mit dem Vickershärteprüfverfahren, entwickelt bei den Vickers Flugzeugwerken, konnte erstmals die Messung sehr harter Teile ohne Beeinflussung durch den Prüfkörper durchgeführt werden. Ermöglichte die Mikrohärteprüfung, mit sehr kleinen Prüflasten .
1926		USA	Erste Härteprüfnorm für das Brinellhärteprüfverfahren
1937		Deutschland, Schweden	Erste Herstellung von Härtevergleichsplatten
1939	Knoophärte	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	UCI Härte	Claus Kleesattel	UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance), 1961 Patentanmeldung
1946		Ernst	Abgewandeltes Rockwellverfahren mit sehr kleiner Prüflast. Patentanmeldung
1975	LEEB Härte	Dietmar Leeb	Die Härteprüfung nach Leeb wurde erstmals 1975 angewandt und misst die eingebrachte Energie über den Rückprall. Das Verfahren funktioniert ähnlich der Shore Härteprüfung.

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 nachfolgenden Tabelle sind die wichtigsten Prüfverfahren zusammengefasst.

Grundeinteilung	Schreibweise	Verfahren	Norm DIN EN ISO	Norm andere
Statische Verfahren	HK+Prüflast (HK 1) HB +Ø Kugel +Prüflast (HB 2,5/187,5) HV +Prüflast (HV 1) HR +Kurzzeichen (HRC) HM +Prüflast (HM 0,025)	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 384 ASTM E 10 ASTM E 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+ Schlagkörper HMM+ Verfahren in das Umgewertet wurde HME+ Verfahren in das Umgewertet wurde UCI+ Verfahren in das Umgewertet wurde TIV HB HB HB - HV - HRC	Härte LEEEB 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 Nicht genormt, abgewandeltes Vickersverfahren Nicht genormt, abgewandeltes Brinellverfahren, Nicht genormt, 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

Klassische genormte Härteprüfverfahren Die klassischen genormten Härteprüfverfahren Brinell - Rockwell - Vickers wurden alle in den ersten 20 Jahren des 20ten Jahrhunderts eingeführt und sind seit Ihrer Einführung mehr oder weniger unverändert im Einsatz.

Zu den klassischen Härteprüfverfahren

Mobile Härteprüfverfahren

Neben den stationären Härteprüfmaschinen wurden sehr frühzeitig auch mobile Härteprüfverfahren entwickelt, einige dieser Verfahren wurden in den letzten Jahren auch 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, dass die Angabe von von Härtewerten bei einigen mobilen Härteprüfverfahren genau festgelegt wurde und keine andere Schreibweise mehr zulässig ist.

Zu den mobilen Härteprüfverfahren

Umwertung von Härtewerten

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?).

Zur Umwertung von Härtewerten

Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung

Wie bei allen Prüfverfahren kann auch bei der Härteprüfung vieles falsch gemacht werden, die Fehlermöglichkeiten sind Zahlreich.

Zu den Fehlermöglichkeiten bei der Härteprüfung

Bekannte Hersteller

In der Historie gab es im deutschsprachigen 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>