DIN 51917: Rockwell-Härteprüfung HR5/150 an Kohlenstoffwerkstoffen und Graphit
Die Norm DIN 51917 legt das Verfahren zur Härteprüfung von Kohlenstoffwerkstoffen mittels Rockwell HR5/150 fest. Sie definiert die Prüfbedingungen, unter denen sich die Härte von technischer Kohle, Graphit und verwandten Werkstoffen zuverlässig bestimmen lässt. Da diese Werkstoffe spröde, porös und nur gering plastisch verformbar sind, liefert das Verfahren belastbare Härtekennwerte und bildet damit die Grundlage für Qualitätssicherung, Produktionsüberwachung und Werkstoffentwicklung.
Das Wichtigste auf einen Blick
Die Rockwell-Härteprüfung HR5/150 gilt als Standardverfahren zur Härtebestimmung von Graphit und technischer Kohle. Sie arbeitet schnell, ist gut reproduzierbar und beschädigt die Probe nur geringfügig. Dadurch eignet sie sich sowohl für die Einzelprüfung in Forschung und Entwicklung als auch für die automatisierte Serienkontrolle in der Produktion. Typisch geprüft werden Elektrographit, Spezialgraphite, EDM-Elektroden, Stromabnehmer sowie Ofen- und Hochtemperaturbauteile.
Die Härteprüfung nach DIN 51917 liefert wichtige Informationen über:
- Materialqualität
- Verdichtungsgrad
- Gefügestruktur
- Porosität
- Verschleißverhalten
- Prozessstabilität
Was regelt die DIN 51917?
Die DIN 51917 standardisiert die Härteprüfung von Kohlenstoffwerkstoffen mittels Rockwell HR5/150. Sie beschreibt das gesamte Prüfverfahren von Eindringkörper und Prüfkräften über die Belastungszeiten bis zur Auswertung und legt zugleich die Anforderungen an die Prüfmaschine fest. Für viele deutsche Hersteller von Graphit- und Kohlenstoffwerkstoffen ist sie die maßgebliche Referenznorm.
Ziel und Anwendungsbereich
Ziel der Norm ist es, die Härte von Kohlenstoffwerkstoffen reproduzierbar und vergleichbar zu bestimmen. Dazu nutzt die DIN 51917 ein für Kohlenstoffwerkstoffe abgewandeltes Rockwell-Verfahren mit Kugel, das auf der allgemeinen Rockwell-Prüfung nach ISO 6508-1 aufbaut. Wie alle Rockwell-Verfahren arbeitet es als Tiefendifferenzverfahren: Gemessen wird die bleibende Eindringtiefe, nicht der Eindruckdurchmesser.
Der Anwendungsbereich umfasst technische Kohle, Graphit und verwandte Kohlenstoffwerkstoffe. Auch Metall-Graphit-Werkstoffe wie Kohlebürsten in Motoren und Generatoren lassen sich nach diesem Verfahren prüfen. Die eigene Skala HR5/150 ist notwendig, weil sich Kohlenstoffwerkstoffe in ihrem mechanischen Verhalten deutlich von Metallen unterscheiden und mit den üblichen Rockwell-Skalen nicht zuverlässig erfasst würden.
Die Geschichte der Rockwell-Härteprüfung
Die Rockwell-Härteprüfung wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von den amerikanischen Ingenieuren Hugh M. Rockwell und Stanley P. Rockwell entwickelt und 1919 patentiert. Das Verfahren setzte sich rasch durch, weil die Härte nicht mehr optisch über einen Eindruckdurchmesser bestimmt werden musste, sondern direkt über die bleibende Eindringtiefe gemessen werden konnte.
Heute zählt Rockwell weltweit zu den wichtigsten Härteprüfverfahren und ist sowohl in internationalen ISO-Normen als auch in zahlreichen ASTM-Normen verankert. Während die allgemeinen Rockwell-Verfahren vor allem für metallische Werkstoffe gelten, entstanden für besondere Werkstoffgruppen eigene Normen: für Kohlenstoffwerkstoffe die DIN 51917, für Graphitwerkstoffe die ASTM C748.
Warum Kohlenstoffwerkstoffe besondere Prüfverfahren benötigen
Werkstoffe auf Kohlenstoffbasis unterscheiden sich grundlegend von Metallen. Typisch sind:
- sprödes Bruchverhalten
- geringe plastische Verformung
- Porosität
- anisotrope Gefügestrukturen
- lokale Dichteschwankungen
- empfindliche Oberflächen
Mit ungeeigneten Prüfverfahren lassen sich diese Werkstoffe nicht zuverlässig charakterisieren: An der Oberfläche können Ausbrüche und Mikrorisse entstehen, und die Messwerte streuen stark. Die Folge sind eine schlechte Wiederholbarkeit und Ergebnisse, die sich nicht miteinander vergleichen lassen. Die DIN 51917 wurde gezielt entwickelt, um diese Einflüsse zu minimieren und reproduzierbare Prüfergebnisse zu ermöglichen.
Was bedeutet Rockwell HR5/150?
Die Bezeichnung HR5/150 beschreibt die wichtigsten Parameter des Prüfverfahrens:
| Bezeichnung | Bedeutung |
|---|---|
| HR | Rockwell-Härte, Verfahren mit Kugel |
| 5 | Kugeldurchmesser 5 mm (Hartmetallkugel) |
| 150 | Gesamtprüfkraft 150 kgf (rund 1.471 N) |
Geprüft wird mit einer Hartmetallkugel als Eindringkörper. Die Gesamtprüfkraft wird in zwei Stufen aufgebracht: Zunächst wirkt eine Vorkraft, die die Bezugsebene für die Messung festlegt. Anschließend wird die Kraft bis zur Gesamtprüfkraft von 150 kgf gesteigert und nach einer definierten Haltezeit wieder auf die Vorkraft reduziert. Aus der bleibenden Eindringtiefe, also der Tiefendifferenz gegenüber der Bezugsebene, ergibt sich der Härtewert. Dieses Tiefendifferenzverfahren ermöglicht eine schnelle und zugleich gut reproduzierbare Härtebestimmung.
Verwandte Normen der DIN 51917
DIN 51917 ist Teil einer Reihe von Rockwell-Normen. Für den internationalen Vergleich sind vor allem diese Bezugsnormen relevant:
- DIN EN ISO 6508: allgemeine Rockwell-Härteprüfung, Grundlage, auf der das Kugelverfahren der DIN 51917 aufbaut
- ASTM E18: amerikanisches Pendant zur ISO 6508 für die allgemeine Rockwell-Prüfung
- ASTM C748: amerikanische Norm für Graphit, nutzt die Rockwell-L-Skala (6,35 mm Stahlkugel, 10/60 kgf)
Anforderungen an moderne Härteprüfmaschinen
Eine normgerechte Prüfung nach DIN 51917 stellt hohe Anforderungen an die Prüftechnik. Entscheidend sind vier Punkte:
- Präzise Prüfkraftregelung: Kohlenstoffwerkstoffe reagieren empfindlich auf Stoßbelastungen. Die Kraft muss kontrolliert und reproduzierbar aufgebracht werden.
- Hochauflösende Tiefenmessung: Die Rockwell-Härte ergibt sich aus der bleibenden Eindringtiefe. Eine hochgenaue Messtechnik ist daher unverzichtbar.
- Normgerechte Belastungszeiten: Die vorgeschriebenen Zeiten für Vorkraft, Lastaufbringung, Haltezeit und Entlastung müssen exakt eingehalten werden.
- Hohe Wiederholgenauigkeit: Gerade bei porösen Werkstoffen müssen auch viele Einzelmessungen stabile Ergebnisse liefern.
Einflussfaktoren auf die Messergebnisse
Für belastbare und vergleichbare Ergebnisse nach DIN 51917 sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden:
- Oberflächenqualität: Die Prüffläche sollte eben, sauber und möglichst planparallel sein.
- Werkstoffhomogenität: Porosität und Dichteschwankungen wirken sich auf die Messwerte aus.
- Prüfabstände: Mehrere Eindrücke dürfen sich nicht gegenseitig beeinflussen.
- Umgebungsbedingungen: Temperatur und Feuchtigkeit können je nach Werkstoff eine Rolle spielen.
- Kalibrierung: Eine regelmäßige Überprüfung und Kalibrierung der Prüfmaschine sichert langfristig zuverlässige Ergebnisse.
FAQ: Häufige Fragen zur DIN 51917
Was regelt die DIN 51917?
Die DIN 51917 legt das Verfahren zur Rockwell-Härteprüfung von Kohlenstoffwerkstoffen mit Kugel fest (Skala HR5/150). Sie definiert Eindringkörper, Prüfkräfte, Belastungszeiten, Auswertung und die Anforderungen an die Prüfmaschine. In Deutschland ist sie die maßgebliche Referenznorm für Graphit und technische Kohle.
Was bedeutet HR5/150?
Die Bezeichnung beschreibt die Prüfparameter: HR steht für die Rockwell-Härte im Verfahren mit Kugel, die 5 für den Kugeldurchmesser von 5 mm und die 150 für die Gesamtprüfkraft von 150 kgf (rund 1.471 N). Geprüft wird mit einer Hartmetallkugel, der Härtewert ergibt sich aus der bleibenden Eindringtiefe.
Welche Werkstoffe werden nach DIN 51917 geprüft?
Geprüft werden Kohlenstoffwerkstoffe wie Elektrographit, Spezialgraphite, technische Kohle und Kohlenstoffverbundwerkstoffe. Auch Metall-Graphit-Werkstoffe, etwa Kohlebürsten in Motoren und Generatoren, lassen sich mit dem Verfahren prüfen. Typische Einsatzfelder sind Qualitätssicherung, Produktionsüberwachung sowie Forschung und Entwicklung.
Worin unterscheiden sich DIN 51917 und ASTM C748?
Beide beruhen auf dem Rockwell-Prinzip der Eindringtiefenmessung, nutzen aber unterschiedliche Parameter. DIN 51917 prüft mit HR5/150 (5 mm Hartmetallkugel, 150 kgf), während die amerikanische ASTM C748 die Rockwell-L-Skala verwendet (6,35 mm Stahlkugel, 10 kgf Vorkraft, 60 kgf Hauptlast). Härteangaben sollten deshalb immer mit Norm und Rockwell-Skala erfolgen.
Warum brauchen Kohlenstoffwerkstoffe ein eigenes Prüfverfahren?
Kohlenstoffwerkstoffe sind spröde, porös und nur gering plastisch verformbar. Ungeeignete Prüfverfahren können Ausbrüche oder Mikrorisse verursachen und führen zu stark streuenden, schlecht vergleichbaren Werten. DIN 51917 ist auf diese Eigenschaften abgestimmt und liefert reproduzierbare Ergebnisse.
Wie oft muss ein Härteprüfer für DIN 51917 kalibriert werden?
Prüfmaschine und Messsystem sollten regelmäßig überprüft und kalibriert werden. Das genaue Intervall richtet sich nach Nutzungshäufigkeit und Qualitätsanforderungen, üblich sind zwölf Monate. Nur eine gültige Kalibrierung gewährleistet normkonforme und nachvollziehbare Ergebnisse.
