Härteprüfung Brinell
Die Härteprüfung nach Brinell ist ein genormtes Verfahren zur Bestimmung der Härte metallischer Werkstoffe. Sie wird vor allem eingesetzt, wenn weiche bis mittelharte Werkstoffe, Gusswerkstoffe oder Werkstoffe mit inhomogenem Gefüge, Porositäten oder groben Gefügebestandteilen geprüft werden sollen. Der vergleichsweise große Prüfeindruck der Brinell-Kugel erfasst eine größere Werkstofffläche als kleinere, spitzere Eindringkörper und liefert dadurch insbesondere bei groben oder inhomogenen Gefügen repräsentative Härtewerte.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Brinell-Härteprüfung arbeitet mit einer Hartmetallkugel als Eindringkörper.
- Der Härtewert wird aus Prüfkraft, Kugeldurchmesser und Eindruckdurchmesser berechnet.
- Brinell eignet sich besonders für Gusswerkstoffe, NE-Metalle und weichere bis mittelharte Metalle.
- Das Verfahren ist in der Normreihe DIN EN ISO 6506 geregelt.
- Die optische Auswertung des Prüfeindrucks erfordert eine geeignete Oberfläche und zuverlässiges Messsystem.
Was ist die Brinell-Härteprüfung?
Die Brinell-Härteprüfung ist ein Eindringverfahren. Eine Hartmetallkugel wird mit definierter Prüfkraft in die Oberfläche des Werkstoffs gedrückt. Nach der Entlastung bleibt ein kugelförmiger Eindruck (Kalotte) zurück, dessen Durchmesser optisch gemessen wird.
Das Verfahren geht auf den schwedischen Ingenieur Johan August Brinell zurück und zählt bis heute zu den etablierten Verfahren der industriellen Härteprüfung. Der Brinell-Härtewert wird als HBW angegeben. Die Abkürzung steht für Härte Brinell mit Wolframkarbidkugel.
Für welche Werkstoffe eignet sich die Härteprüfung nach Brinell?
Die Härteprüfung Brinell eignet sich besonders für Werkstoffe, bei denen ein größerer Prüfeindruck sinnvoll ist. Das ist zum Beispiel bei groben, porösen oder inhomogenen Gefügen der Fall. Die Kugel erzeugt eine vergleichsweise große Kontaktfläche und bildet dadurch eher einen mechanischen Mittelwert über die geprüfte Stelle.
Typische Werkstoffe und Anwendungen sind:
- Gusseisen und Stahlguss
- niedriglegierte Stähle und Baustähle
- Aluminiumlegierungen
- Kupfer, Messing und Bronze
- weitere NE-Metalle
- Sinterwerkstoffe, abhängig vom Zustand und der Prüfaufgabe
- Werkstoffe mit grobem oder inhomogenem Gefüge
Bei sehr harten Werkstoffen, kleinen Bauteilen oder dünnen Schichten ist Brinell weniger geeignet. In solchen Fällen kommen häufig Vickers oder Rockwell infrage.
Wie funktioniert die Brinell-Härteprüfung?
Der Prüfablauf folgt einem klar definierten Prinzip:
- Eine Hartmetallkugel mit passendem Durchmesser wird für den erforderlichen Belastungsgrad ausgewählt.
- Die Probe wird vorbereitet und sicher positioniert, teilweise mittel Spannkappe verspannt.
- Die Kugel wird mit definierter Prüfkraft in die Oberfläche gedrückt.
- Die Prüfkraft wirkt für eine festgelegte Zeit (Haltezeit) ein.
- Nach der Entlastung bleibt ein kugelförmiger Eindruck zurück.
- Der Eindruck-Durchmesser wird in zwei Richtungen optisch gemessen.
- Aus Prüfkraft, Kugeldurchmesser und mittlerem Eindruck-Durchmesser wird der Brinell-Härtewert berechnet.
Die Einhaltung der Prüfkraft und der Belastungsdauer ist wichtig, weil sich insbesondere weichere Werkstoffe während der Krafteinwirkung weiter verformen (Fließverhalten) können. Dadurch beeinflussen Prüfzeit, Werkstoffverhalten und Auswertung direkt das Messergebnis.
Video: Animation Funktionsprinzip nach Brinell
Was bedeutet eine Angabe wie 246 HBW 10/3000?
Brinell-Härtewerte müssen vollständig angegeben werden, damit das Ergebnis nachvollziehbar bleibt.
Eine typische Angabe lautet: 246 HBW 10/3000
Die Aufschlüsselung dieser Angabe:
- 246 ist der ermittelte Härtewert
- HBW steht für Härte Brinell mit Wolframkarbidkugel
- 10 bezeichnet den Kugeldurchmesser in Millimetern
- 3000 bezeichnet die Prüfkraft in kgf.
- Bei längerer Belastungsdauer wird die Dauer zusätzlich angegeben, zum Beispiel: 246 HBW 10/3000/60 Die letzte Zahl steht in diesem Fall für eine Belastungsdauer von 60 Sekunden.
Kugeldurchmesser, Prüfkraft und Belastungsgrad
Kugeldurchmesser und Prüfkraft müssen zum Werkstoff passen. Bei der Brinell-Härteprüfung wird dafür der Belastungsgrad berücksichtigt. Er beschreibt das Verhältnis von Prüfkraft zu Kugeldurchmesser.
Eine zu hohe Prüfkraft kann dazu führen, dass der Eindruck zu tief wird und nicht mehr sinnvoll ausgewertet werden kann. Eine zu geringe Prüfkraft kann dagegen einen zu kleinen oder schlecht messbaren Eindruck erzeugen.
Für die Brinell-Härteprüfung lautet die Formel für die Prüfkraft: F =K*D²
Beispiele: F = 30 * Kugeldurchmesser 10² = 3.000 kgf
F = Prüfkraft [kgf]
K = Belastungsgrad (z. B. 30 für Stahl und Eisen)
D = Kugeldurchmesser [mm]
| Belastungsgrad | Typische Anwendung | Beispiel |
|---|---|---|
| HB 30 | Stahl, Stahlguss, Gusseisen | HB 10/3000 |
| HB 10 | Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, NE-Metalle | HBW 10/1000 |
| HB 5 | weichere Metalle und ausgewählte NE-Werkstoffe | HBW 10/500 |
| HB 2,5 oder niedriger | sehr weiche Werkstoffe, abhängig von Norm und Prüfaufgabe | HBW 10/250 |
Besonderheiten bei der optischen Auswertung
Die Brinell-Härteprüfung erzeugt deutlich größere Prüfeindrücke als Vickers oder Knoop. Das ist bei inhomogenen Werkstoffen von Vorteil, stellt jedoch höhere Anforderungen an die optische Auswertung.
Insbesondere bei weichen Werkstoffen kann es durch Materialverdrängung zu Wulstbildungen am Eindruckrand kommen. Je nach Oberflächenzustand, Beleuchtung und Werkstoff kann die genaue Begrenzung des Eindrucks unterschiedlich gut erkennbar sein.
Moderne Brinell-Härteprüfgeräte nutzen daher hochauflösende Kamerasysteme mit intelligenter Bildauswertung. Eine geeignete Ringlicht-Beleuchtung und eine saubere Probenoberfläche sind Voraussetzung für die zuverlässige Bestimmung des Eindruckdurchmessers.
Vorteile und Grenzen der Brinell-Härteprüfung
| Vorteile | Grenzen |
|---|---|
| Gut geeignet für grobe und inhomogene Gefüge | Nicht ideal für sehr harte Werkstoffe |
| Geeignet für Gusswerkstoffe + viele NE-Metalle | Erfordert eine ausreichend große Prüffläche |
| Genormtes und etabliertes Verfahren | Oberfläche muss für optische Messung geeignet sein |
| Toleranter gegenüber Gefüge-Inhomogenität | Bei starker Materialverdrängung schwierige Auswertung |
Normen für die Härteprüfung Brinell
Die Härteprüfung nach Brinell ist in der Normreihe DIN EN ISO 6506 geregelt. Für die praktische Anwendung sind vor allem diese Bereiche relevant:
- DIN EN ISO 6506-1 beschreibt das Prüfverfahren.
- DIN EN ISO 6506-2 behandelt die Überprüfung und Kalibrierung der Prüfmaschinen.
- DIN EN ISO 6506-3 betrifft die Kalibrierung von Härtevergleichsplatten.
- DIN EN ISO 6506-4 enthält Tabellen zur Bestimmung der Brinell-Härtewerte.
- ASTM E10 ist für Brinell-Prüfungen nach amerikanischem Normenumfeld relevant.
Die Norm legt unter anderem Prüfkörper, Prüfkraft, Prüfablauf, Auswertung und Ergebnisangabe fest. Für vergleichbare Ergebnisse sollten Sie die geforderte Norm deshalb vor der Prüfung eindeutig klären!
Häufige Fehler bei der Brinell-Härteprüfung
Fehler bei der Härteprüfung nach Brinell entstehen häufig durch eine unpassende Kombination aus Werkstoff, Prüfkraft, Kugeldurchmesser und Auswertung. Typische Fehlerquellen sind:
- falscher Kugeldurchmesser
- ungeeignete Prüfkraft
- zu kleine oder unebene Prüffläche
- unzureichende Oberflächenvorbereitung
- ungeeignete Beleuchtung bei der optischen Messung
- zu geringer Abstand zu Kanten oder anderen Prüfeindrücken
- unvollständige Ergebnisangabe
- direkte Gleichsetzung mit Härtewerten aus anderen Verfahren
Welche Brinell-Härteprüfgeräte gibt es?
Für die Brinell-Härteprüfung stehen unterschiedliche Gerätekonzepte zur Verfügung. Die Auswahl richtet sich nach Prüfaufgabe, Bauteilgröße, Prüfkraftbereich, Automatisierungsgrad, gewünschter Dokumentation und verfügbarem Budget.
Mögliche Gerätearten sind:
- stationäre reine Brinell-Härteprüfer
- Universalhärteprüfer mit Brinell-Funktion
- automatische Brinell-Härteprüfmaschinen mit motorischem XY-Tisch
- Radial-Maschinenrahmen mit Prüfkopf für nur mittel Gabelstapler / Kran handhabbare Werkstücke
- nahezu alle neuen Härteprüfsysteme sind mit einer Kamera und Bildauswertung ausgestattet. Alternativ gibt es aber Anbieter einfacher Brinell-Pressen die nur den Kalotten-Eindruck erzeugen, die optische Vermessung erfolgt extern mittels optischer Messlupe oder Video-Messlupe
Bei hohem Prüfaufkommen sind automatische Messsysteme bis hin zu motorischem XY-Tisch sinnvoll, weil sie den Prüfeindruck automatisch erfassen, auswerten und dokumentieren können. Bei wechselnden Werkstoffen oder mehreren Verfahren kann ein Universalhärteprüfer mit Werkzeugwechsel (Revolverkopf) eine geeignete Lösung sein.
Wann ist Brinell das richtige Verfahren?
| Anwendung | Brinell geeignet? |
|---|---|
| Gusswerkstoffe | Ja, häufig sehr geeignet |
| Grobe oder inhomogene Gefüge | Ja |
| Weiche bis mittelharte Metalle | Ja |
| Sehr harte Werkstoffe | Eher nicht |
| Kleine Bauteile oder dünne Schichten | Meist nicht |
| Härteverläufe | Eher Vickers |
| Schnelle Serienprüfung ohne optische Messung | Eher Rockwell |
Häufige Fragen zur Härteprüfung nach Brinell
Was ist die Härteprüfung nach Brinell?
Die Brinell-Härteprüfung ist ein genormtes Härteprüfverfahren, bei dem eine Hartmetallkugel mit definierter Prüfkraft in den Werkstoff gedrückt wird. Anschließend wird der Durchmesser des Kugeleindrucks (Kalotte) optisch gemessen.
Für welche Werkstoffe eignet sich Brinell?
Brinell eignet sich besonders für weichere bis mittelharte Metalle, Gusswerkstoffe, NE-Metalle und Werkstoffe mit grobem oder inhomogenem Gefüge.
Was bedeutet HBW?
HBW steht für Härte Brinell mit Wolframkarbidkugel. Diese Angabe kennzeichnet die heute übliche Brinell-Prüfung mit einer Hartmetallkugel aus Wolframkarbid.
Was bedeutet 246 HBW 10/3000?
246 ist der Härtewert. HBW bezeichnet das Brinell-Verfahren mit Wolframkarbidkugel. 10 steht für den Kugeldurchmesser in Millimetern und 3000 für die Prüfkraft in kgf.
Welche Norm gilt für die Brinell-Härteprüfung?
Die Brinell-Härteprüfung ist in der Normreihe DIN EN ISO 6506 geregelt. Für amerikanische Anforderungen ist ASTM E10 relevant.
Mehr zu Härteprüfern
