Härteprüfung Vickers
Die Härteprüfung nach Vickers ist ein vielseitiges Härteprüfverfahren für metallische Werkstoffe. Sie eignet sich für weiche bis sehr harte Werkstoffe, kleine Bauteile, dünne Schichten und Härteverläufe. Der Härtewert wird über einen optisch gemessenen Prüfeindruck ermittelt. Entscheidend für belastbare Ergebnisse sind die passende Prüfkraft, eine geeignete Probenoberfläche und eine normgerechte Auswertung.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Härteprüfung Vickers arbeitet mit einer Diamantpyramide als Eindringkörper.
- Der Härtewert wird aus Prüfkraft und den Diagonalen des Prüfeindrucks berechnet.
- Das Vickers-Härteprüfverfahren eignet sich für einen sehr breiten Werkstoffbereich.
- Besonders relevant ist Vickers bei kleinen Bauteilen, dünnen Schichten, Randbereichen und Härteverläufen.
- Die Prüfung erfordert eine geeignete Probenoberfläche und eine optische Auswertung.
- Das Verfahren ist in der Normreihe DIN EN ISO 6507 geregelt.
Was ist die Vickers Härteprüfung?
Die Vickers Härteprüfung ist ein genormtes Eindringverfahren. Eine Diamantpyramide wird mit definierter Prüfkraft in die Oberfläche des Werkstoffs gedrückt. Nach der Entlastung bleibt ein meist quadratischer Eindruck zurück, dessen zwei Diagonalen optisch gemessen werden.
Das Verfahren wurde als Alternative zur Brinell-Härteprüfung entwickelt und ist heute eines der vielseitigsten Verfahren der Härtemessung. Die Ergebnisangabe erfolgt mit dem Kurzzeichen HV für Härte Vickers. Die Zahl hinter HV gibt die verwendete Prüfkraft an, zum Beispiel HV10 oder HV30.
Für welche Werkstoffe eignet sich die Härteprüfung nach Vickers?
Die Härteprüfung nach Vickers eignet sich für einen sehr breiten Werkstoffbereich. Sie wird besonders dann eingesetzt, wenn kleine, präzise positionierbare Prüfeindrücke benötigt werden oder wenn unterschiedliche Härtebereiche mit einem Verfahren abgedeckt werden sollen.
Typische Anwendungen sind:
- weiche bis sehr harte metallische Werkstoffe
- gehärtete Stähle
- kleine Bauteile
- dünne Schichten und Randbereiche
- metallographisch präparierte Proben
- Härteverläufe und Härtetiefen
- homogene Werkstoffe und definierte Prüfbereiche
Bei groben, porösen oder stark inhomogenen Gefügen kann Brinell besser geeignet sein, weil der größere Prüfeindruck eine größere Werkstofffläche abbildet.
Wie funktioniert das Vickers Härteprüfverfahren?
Das Vickers Härteprüfverfahren folgt einem klaren Ablauf:
- Die Probe wird vorbereitet und stabil positioniert.
- Eine Diamantpyramide wird mit definierter Prüfkraft in die Oberfläche gedrückt.
- Die Prüfkraft wirkt für die vorgeschriebene Zeit ein.
- Nach der Entlastung bleibt ein quadratischer Prüfeindruck zurück.
- Die beiden Diagonalen des Eindrucks werden optisch gemessen.
- Aus Prüfkraft und mittlerer Diagonalenlänge wird der Vickers-Härtewert berechnet.
Die Geometrie des Eindringkörpers ist für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse entscheidend. Bei der Vickers-Prüfung wird eine Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Winkel von 136 Grad zwischen gegenüberliegenden Flächen verwendet. Die aktuelle ISO 6507-1 beschreibt die Vickers-Härteprüfung für drei Prüfkraftbereiche bei metallischen Werkstoffen, einschließlich Hartmetallen und anderen Sinterhartmetallen.
Was bedeutet eine Angabe wie 440 HV30?
Vickers-Härtewerte sollten vollständig angegeben werden, damit das Ergebnis nachvollziehbar bleibt. Eine typische Angabe lautet:
440 HV30
Die Bestandteile bedeuten:
- 440 ist der ermittelte Härtewert.
- HV steht für Härte Vickers.
- 30 bezeichnet die Prüfkraft in kgf.
Wird die normübliche Prüfkraftdauer eingehalten, muss sie in der Ergebnisangabe nicht zusätzlich genannt werden. Bei abweichender Belastungsdauer wird die Zeit ergänzt, zum Beispiel:
440 HV30/20
Die letzte Zahl steht in diesem Fall für eine Belastungsdauer von 20 Sekunden.
Mikro, Kleinkraft oder Makro: Prüfkraftbereiche bei Vickers
Bei Vickers wird je nach Prüfkraftbereich zwischen Mikrohärteprüfung, Kleinkraftprüfung und klassischer Vickers-Härteprüfung unterschieden. Diese Einteilung ist wichtig, weil sie direkten Einfluss auf Geräteauswahl, Probenvorbereitung und Anwendung hat.
| Bereich | Gebräuchlicher Name | Prüfkraft | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Vickers-Mikrohärteprüfung | Mikro-Härteprüfmaschine | < 1,961 N | Sehr kleine Prüfeindrücke, dünne Schichten und Gefügebestandteile |
| Vickers-Kleinkraftprüfung | Kleinkraft-Härteprüfmaschine | 1,961 N bis < 49,03 N | Kleine Bauteile, Randbereiche und Härteverläufe |
| Vickers-Härteprüfung | Vickers-Härteprüfmaschine | ≥ 49,03 N | Klassische Werkstoffprüfung an größeren Prüfflächen |
Warum Vickers für Härteverläufe besonders wichtig ist
Vickers eignet sich besonders gut für Härteverläufe, weil die Prüfeindrücke klein und genau positionierbar sind. Dadurch können mehrere Messpunkte entlang eines definierten Verlaufs gesetzt werden, zum Beispiel von der Oberfläche in Richtung Kern eines Bauteils.
Typische Anwendungen sind:
- CHD / EHT: Einsatzhärtungstiefe
- SHD / RHT: Randschichthärtungstiefe
- NHD / NHT: Nitrierhärtetiefe
- Härteverläufe an Bauteilen
- Randbereiche nach Wärmebehandlung
- dünne Schichten und beschichtete Oberflächen
Bei vielen Messpunkten oder wiederkehrenden Prüfabläufen sind automatisierte Vickers-Systeme sinnvoll. Sie können Messpunktfolgen abfahren, Eindrücke optisch erfassen und Ergebnisse dokumentieren.
Anforderungen an Probenvorbereitung und Oberfläche
Die Vickers-Härtemessung ist ein optisches Verfahren. Die Qualität der Oberfläche beeinflusst deshalb direkt, wie sicher die Eindruckdiagonalen erkannt und gemessen werden können.
Für einfache Prüfungen kann eine geeignete, saubere und ebene Oberfläche ausreichen. Bei Härteverläufen, Randzonenprüfungen oder kleinen Prüflasten ist häufig eine metallographische Präparation bis zur polierten Oberfläche erforderlich. Nur dann lassen sich kleine Eindrücke sauber erkennen und reproduzierbar auswerten.
Wichtig sind außerdem ausreichende Abstände zwischen den Prüfeindrücken und zum Rand der Probe. Zu geringe Abstände können das Ergebnis verfälschen, weil benachbarte Eindrücke das Material lokal beeinflussen können.
Vorteile und Grenzen der Vickers Härteprüfung
| Vorteile | Grenzen |
|---|---|
| Sehr breiter Einsatzbereich | Oberfläche muss gut vorbereitet sein |
| Geeignet für kleine Bauteile und dünne Schichten | Optische Auswertung erforderlich |
| Exakte Positionierung einzelner Prüfpunkte möglich | Bei ungeeigneter Präparation können Messergebnisse unsicher werden |
| Wichtig für Härteverläufe und Härtetiefen | Bei inhomogenen oder porösen Werkstoffen oft weniger geeignet als Brinell |
| Ein Verfahren für viele Prüfkraftbereiche | Hoher Prüfaufwand bei vielen manuellen Messpunkten |
Normen für die Härteprüfung nach Vickers
Die Härteprüfung nach Vickers ist in der Normreihe DIN EN ISO 6507 geregelt. Für die praktische Anwendung sind vor allem diese Bereiche relevant:
- DIN EN ISO 6507-1 beschreibt das Prüfverfahren.
- DIN EN ISO 6507-2 behandelt die Überprüfung und Kalibrierung von Prüfmaschinen und Diagonalenmesssystemen.
- DIN EN ISO 6507-3 betrifft die Kalibrierung von Härtevergleichsplatten.
- DIN EN ISO 6507-4 enthält Tabellen zur Härtewertbestimmung.
- ASTM E384 ist für Mikrohärteprüfungen mit Vickers- und Knoop-Eindringkörpern im amerikanischen Normenumfeld relevant. ASTM E384 deckt Mikroindentationsprüfungen mit Knoop- und Vickers-Eindringkörpern im Prüfkraftbereich von 1 bis 1000 gf ab.
Die Norm sollte vor der Prüfung eindeutig festgelegt werden, besonders wenn Messergebnisse für Prüfberichte, Kundenanforderungen oder Audits verwendet werden.
Häufige Fehler bei der Vickers Härteprüfung
Fehler bei der Härteprüfung nach Vickers entstehen häufig durch eine unpassende Prüfkraft, eine ungeeignete Oberfläche oder eine unsichere Auswertung der Eindruckdiagonalen.
Typische Fehlerquellen sind:
- ungeeignete Probenoberfläche
- falsche Prüfkraft
- zu geringe Abstände zwischen Prüfeindrücken
- falsche Positionierung bei Härteverläufen
- unsauber erkannte oder gemessene Diagonalen
- Prüfung in porösen oder stark inhomogenen Bereichen
- Ergebnisangabe ohne Prüfkraft
- unkritischer Vergleich von Härtewerten aus unterschiedlichen Prüfkraftbereichen
Eine geeignete Probenvorbereitung und ein passender Prüfplan sind besonders wichtig, wenn kleine Prüflasten, Härteverläufe oder automatisierte Messreihen verwendet werden.
Welche Vickers-Härteprüfgeräte gibt es?
Für die Vickers Härteprüfung stehen unterschiedliche Gerätekonzepte zur Verfügung. Die Auswahl richtet sich nach Prüfkraftbereich, Anwendung, Probengeometrie, Automatisierungsgrad und gewünschter Dokumentation.
Mögliche Gerätearten sind:
- manuelle Vickers-Härteprüfer
- Mikro-Härteprüfmaschinen
- Kleinkraft-Härteprüfmaschinen
- Vickers-Härteprüfmaschinen für höhere Prüfkräfte
- Universalhärteprüfer mit Vickers-Funktion
- vollautomatische Vickers-Systeme für Härteverläufe
- Systeme mit Kamera, Bildauswertung und motorischem XY-Tisch
Bei Härteverläufen oder wiederkehrenden Messreihen sind automatisierte Systeme besonders hilfreich, weil sie Messpunkte reproduzierbar anfahren und Ergebnisse softwaregestützt auswerten können.
Wann ist Vickers das richtige Verfahren?
| Anwendung | Vickers geeignet? |
|---|---|
| Kleine Bauteile | Ja |
| Dünne Schichten | Ja, abhängig von Prüfkraft und Präparation |
| Härteverläufe und Härtetiefen | Ja, häufig bevorzugt |
| Sehr harte Werkstoffe | Ja |
| Weiche bis harte Metalle | Ja |
| Grobe oder poröse Gussgefüge | Eher Brinell |
| Schnelle Serienprüfung ohne optische Messung | Eher Rockwell |
| Stark unvorbereitete Oberflächen | Eher nicht |
FAQ: Häufige Fragen
Was ist die Vickers Härteprüfung?
Die Vickers Härteprüfung ist ein genormtes Härteprüfverfahren, bei dem eine Diamantpyramide mit definierter Prüfkraft in den Werkstoff gedrückt wird. Anschließend werden die Diagonalen des Eindrucks optisch gemessen.
Wie funktioniert die Härteprüfung nach Vickers?
Eine Diamantpyramide erzeugt einen quadratischen Prüfeindruck. Die beiden Diagonalen werden gemessen und zusammen mit der Prüfkraft zur Berechnung des Vickers-Härtewerts verwendet.
Für welche Werkstoffe eignet sich Vickers?
Vickers eignet sich für einen sehr breiten Werkstoffbereich, von weichen Metallen bis zu sehr harten Werkstoffen. Besonders relevant ist das Verfahren für kleine Bauteile, dünne Schichten und Härteverläufe.
Was bedeutet 440 HV30?
440 ist der Härtewert, HV steht für Vickershärte und 30 bezeichnet die Prüfkraft in kgf.
Was ist der Unterschied zwischen Vickers und Knoop?
Beide Verfahren arbeiten mit einem Diamanteindringkörper und optischer Auswertung. Knoop erzeugt einen länglichen, rautenförmigen Eindruck und kann bei sehr dünnen Schichten oder speziellen Randbereichen sinnvoll sein. Vickers erzeugt dagegen einen annähernd quadratischen Eindruck und wird breiter eingesetzt.
Wann ist Vickers nicht geeignet?
Vickers ist weniger geeignet, wenn die Oberfläche nicht ausreichend vorbereitet ist oder wenn stark poröse beziehungsweise grob inhomogene Werkstoffe geprüft werden sollen. In solchen Fällen kann Brinell sinnvoller sein.
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