Vickers-Härteprüfung nach DIN EN ISO 6507
Die Normenreihe DIN EN ISO 6507 ist die international maßgebliche Grundlage für die Vickers-Härteprüfung an metallischen Werkstoffen. Das eigentliche Prüfverfahren regelt DIN EN ISO 6507-1: Der Teil legt Prüfkräfte, Ablauf und Auswertung für metallische Werkstoffe, Hartmetalle, Sintercarbide sowie metallische und andere anorganische Schichten fest. In Qualitätssicherung, Wareneingang und Labor gilt die Norm als zentrale Referenz, weil sie Ergebnisse über den gesamten Härtebereich hinweg vergleichbar macht: vom weichen Buntmetall bis zum gehärteten Werkzeugstahl. Die aktuelle Fassung des Prüfverfahrens ist DIN EN ISO 6507-1:2024-01, ergänzt durch die Teile 2 bis 4 der Normenreihe.
- Die DIN EN ISO 6507 definiert das Vickers-Härteprüfverfahren für metallische Werkstoffe, Hartmetalle und anorganische Schichten.
- Der Eindringkörper ist eine diamantene Pyramide mit einem Flächenwinkel von 136° an der Spitze.
- Die Norm unterscheidet drei Prüfkraftbereiche: Makro-, Kleinkraft- und Mikrobereich.
- Der Vickershärtewert (HV) wird optisch aus den beiden Diagonalen des bleibenden Eindrucks berechnet.
- Wegen der kleinen Eindrücke gilt das Verfahren als praktisch zerstörungsfreie Härteprüfung.
- Die Randschichthärte (RHT) wird in der Praxis über Härteverlaufsmessungen nach ISO 6507 bestimmt.
- Die Normenreihe umfasst vier Teile und deckt Prüfverfahren, Prüfmaschinen, Härtevergleichsplatten und Umrechnungstabellen ab.
Anwendungsbereich der DIN EN ISO 6507
Die DIN EN ISO 6507 legt das Vickers-Verfahren für metallische Werkstoffe fest. Dazu gehören klassische Konstruktionsstähle, Werkzeug- und Edelstähle, Nichteisenmetalle sowie Hartmetalle und andere gesinterte Carbide. Seit der Fassung 2024 sind ausdrücklich auch metallische und andere anorganische Schichten in den Geltungsbereich aufgenommen. Der zulässige Bereich für die Diagonallängen des Eindrucks liegt zwischen 0,020 mm und 1,400 mm. Für kleinere Eindrücke greift die ISO 14577-1 (instrumentierte Eindringprüfung), international ergänzt die ASTM E384 den Mikrobereich und die ASTM E92 den Standard- und Kleinkraftbereich.
Typische Einsatzfelder sind die Prüfung an dünnen Schichten und Folien, an Randbereichen von Werkstücken sowie an oberflächengehärteten Bauteilen. Auch für Härteverlaufsmessungen im Querschliff, etwa an einsatzgehärteten Zahnrädern oder nitrierten Wellen, ist ISO 6507 das Referenzverfahren.
Die Normenreihe besteht aus vier Teilen: Teil 1 beschreibt das Prüfverfahren, Teil 2 die Verifizierung und Kalibrierung der Prüfmaschinen, Teil 3 die Kalibrierung von Härtevergleichsplatten und Teil 4 enthält Tabellen zur Bestimmung der Härtewerte aus den gemessenen Diagonalen.
Prüfprinzip der Vickers-Härteprüfung
Beim Vickers-Verfahren wird eine gerade Pyramide aus Diamant mit quadratischer Grundfläche und einem Flächenwinkel von 136° an der Spitze mit definierter Prüfkraft senkrecht in die Probenoberfläche gedrückt. Nach Ablauf der Haltezeit wird die Prüfkraft entfernt und der bleibende Eindruck optisch vermessen. Grundlage der Auswertung sind die beiden Diagonalen d1 und d2 des quadratischen Eindrucks. Aus dem arithmetischen Mittel d wird die Vickershärte berechnet. Je größer der Eindruck bei gleicher Prüfkraft, desto weicher das Material. Für sehr dünne Schichten, bei denen ein Vickers-Eindruck seitlich zu breit würde, lässt sich alternativ ein Knoop-Eindringkörper einsetzen; die Berechnung erfolgt analog.
Berechnung der Vickershärte HV
Die Vickershärte ergibt sich aus dem Quotienten der aufgebrachten Prüfkraft und der Oberfläche des bleibenden Eindrucks:
HV = 0,1891 × F / d²
Dabei ist F die Prüfkraft in Newton und d die mittlere Diagonale des Eindrucks in Millimetern. Der Faktor 0,1891 stammt aus der historischen Definition des Verfahrens, als die Prüfkraft noch in Kilopond (kp) angegeben wurde. Er enthält den Kehrwert von 9,81 (Umrechnung Newton zu kgf) sowie den Geometriefaktor der Pyramide. Der berechnete HV-Wert ist eine dimensionslose Kennzahl, die immer zusammen mit dem Prüfverfahren und der angewendeten Prüfkraft angegeben wird.
Prüfkraftbereiche und HV-Bezeichnung nach ISO 6507
Die DIN EN ISO 6507 unterteilt die Vickers-Härteprüfung nach der aufgebrachten Prüfkraft in drei Bereiche. Die Wahl des Bereichs richtet sich nach dem zu prüfenden Bauteil, der Werkstoffdicke und der gewünschten Aussagekraft des Ergebnisses.
| Prüfkraftbereich | Prüfkraft F | HV-Bereich |
|---|---|---|
| Makrobereich | F ≥ 49,03 N | HV5 bis HV100 |
| Kleinkraftbereich | 1,961 N ≤ F < 49,03 N | HV0,2 bis < HV5 |
| Mikrobereich | F < 1,961 N | < HV0,2 |
Der Makrobereich ist der Standardfall für die Prüfung ganzer Bauteile und größerer Proben. Der Kleinkraftbereich kommt bei Härteverlaufsmessungen, Schweißnahtprüfungen und kleineren Bauteilen zum Einsatz. Der Mikrobereich wird für dünne Schichten, Einzelphasen im Gefüge und Feinstrukturuntersuchungen genutzt.
Für die Ergebnisdokumentation schreibt die Norm eine feste Kurzbezeichnung vor. Ein vollständiger Härtewert enthält den Zahlenwert, das Kurzzeichen HV, die Prüfkraft in kgf und bei Bedarf die Haltezeit in Sekunden.
Beispiel: 440 HV 30/20
Die Angabe bedeutet:
- 440: gemessener Härtewert
- HV: Vickers-Verfahren mit Diamantpyramide 136°
- 30: Prüfkraft in kgf (entspricht 294,2 N)
- 20: Haltezeit in Sekunden (nur anzugeben, wenn außerhalb des Sollbereichs von 10 s bis 15 s)
Ablauf und Anforderungen an die Prüfung
Der Ablauf einer Vickers-Härteprüfung nach ISO 6507 ist klar strukturiert. Zunächst wird die Probe präpariert und plan auf dem Prüftisch positioniert. Der Eindringkörper wird mit definierter Geschwindigkeit auf die Oberfläche abgesenkt und die Prüfkraft innerhalb der Sollzeit von 2 s bis 8 s stoßfrei bis zum Endwert gesteigert. Anschließend wird die Prüfkraft für eine Haltezeit von 10 s bis 15 s aufrechterhalten. Nach dem Entlasten werden die beiden Diagonalen des Eindrucks optisch vermessen und der HV-Wert nach der Vickers-Formel berechnet. Bei modernen Geräten übernimmt eine Kamera mit Bildauswertesoftware die Diagonalmessung und die Ergebnisdokumentation automatisch.
Für ein normkonformes Ergebnis müssen mehrere Anforderungen an Probe und Prüfumgebung eingehalten werden:
- Oberfläche: eben, glatt, frei von Zunder, Öl und Fremdstoffen; für Kleinkraft- und Mikrobereich poliert
- Mindestprobendicke: 1,5-fache Eindruckdiagonale
- Mindestabstände bei Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen: mindestens 2,5 d zur Probenkante, mindestens 3 d zwischen zwei Eindruckmitten
- Mindestabstände bei Leichtmetallen, Blei, Zinn und deren Legierungen: mindestens 3 d zur Probenkante, mindestens 6 d zwischen zwei Eindruckmitten
- Prüftemperatur: 10 °C bis 35 °C, Referenzbereich 23 °C ± 5 °C
- Prüfmaschine: verifiziert und kalibriert nach DIN EN ISO 6507-2
Werden diese Vorgaben nicht eingehalten, verfälschen Materialverdichtungen, Kaltverfestigungen oder Auflagestörungen das Ergebnis.
Randschichthärte (RHT) nach ISO 6507 bestimmen
Für die Randschichthärte existiert keine eigenständige Prüfnorm. In der Praxis wird sie über Härteverlaufsmessungen mit dem Vickers-Verfahren nach ISO 6507 bestimmt. Ergänzend regelt DIN EN ISO 2639 die Ermittlung der Einsatzhärtungstiefe (Eht) an einsatzgehärteten Bauteilen und legt dort auch Grenzhärte und Auswertungsregeln fest. Vickers ist für diese Aufgabe das bevorzugte Verfahren, weil die kleinen, klar definierten Eindrücke eine präzise Positionierung im Querschliff und eine sichere Zuordnung zur Tiefenlage erlauben.
Neben der Randschichthärtetiefe lassen sich mit demselben Vorgehen weitere Härtetiefen bestimmen, die in der Wärmebehandlung relevant sind:
- CHD / Eht (Einsatzhärtungstiefe): Tiefe der aufgekohlten und gehärteten Randzone
- SHD / Rht (Randschichthärtetiefe): Tiefe nach oberflächlicher Randschichthärtung (z. B. Induktion, Flamme)
- NHD / Nht (Nitrierhärtetiefe): Tiefe der nitrierten Randzone
- CD / At (Aufkohlungstiefe): Tiefe der aufgekohlten Schicht ohne Härteangabe
- CLT / VS (Verbindungsschichtdicke): Dicke der weißen Verbindungsschicht bei nitrierten Bauteilen
Härteverlaufskurve im Querschliff
Für die Härteverlaufsmessung wird das Bauteil quer zur gehärteten Randzone getrennt, warm eingebettet, geschliffen und poliert. Anschließend werden Vickers-Eindrücke in einer Reihe senkrecht zur Oberfläche gesetzt, beginnend nahe der Randzone und schrittweise in Richtung Kern. Die Abstände zwischen den Eindrücken müssen die Mindestabstände nach ISO 6507 einhalten, um Kaltverfestigungen benachbarter Eindrücke auszuschließen. Übliche Prüfkräfte sind HV1 oder HV0,5, in einzelnen Fällen auch HV0,3. Die gemessenen HV-Werte werden über der Tiefe aufgetragen und ergeben die Härteverlaufskurve.
Grenzhärte und Rht-Wert
Die Grenzhärte ist der Härtewert, der die gehärtete Randzone vom weicheren Kernbereich abgrenzt. Für einsatzgehärtete Bauteile ist nach DIN EN ISO 2639 standardmäßig 550 HV1 festgelegt, sofern kein anderer Wert vereinbart wurde. Der Rht-Wert bezeichnet die Tiefe ab der Oberfläche, an der die Härteverlaufskurve die Grenzhärte unterschreitet. Er wird typischerweise in Millimetern angegeben. In der Praxis sind einsatzgehärtete Zahnräder mit definierter Rht ein Standardanwendungsfall, ebenso nitrierte Wellen, bei denen die Nht mit derselben Methodik ermittelt wird. Für die Automatisierung dieser Messungen kommen vollautomatische Vickers-Härteprüfer mit motorischem XY-Tisch und Bildauswertung zum Einsatz.
Passende Härteprüfgeräte für die ISO 6507
SCHÜTZ+LICHT ist exklusiver deutscher Distributor für INNOVATEST, einen der führenden Hersteller von Härteprüfgeräten weltweit. Für die Vickers-Härteprüfung nach ISO 6507 steht ein breites Portfolio zur Verfügung, das vom manuellen Laborgerät bis zum vollautomatischen Prüfsystem mit motorischem XY-Tisch, Bildauswertesoftware und integrierter Härteverlaufsauswertung reicht.
Die passende Konfiguration hängt vom Einsatzbereich ab: Für einzelne Prüfungen im Labor genügt ein manuelles Vickers-Gerät im Klein- oder Makrokraftbereich. Für serielle Härteverlaufsmessungen an einsatzgehärteten, nitrierten oder induktiv gehärteten Bauteilen empfehlen sich vollautomatische Systeme mit Kameramessung und normkonformer Auswertung nach ISO 6507 und ISO 2639.
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Häufige Fragen zur Vickers-Härteprüfung nach ISO 6507
Wann ist die Vickers-Härteprüfung dem Rockwell- oder Brinell-Verfahren vorzuziehen?
Vickers ist die richtige Wahl, wenn sehr harte Werkstoffe, dünne Schichten, kleine Bauteile oder Härteverlaufsmessungen im Querschliff geprüft werden sollen. Das Verfahren deckt mit einem einzigen Eindringkörper den gesamten Härtebereich von sehr weich bis extrem hart ab. Brinell eignet sich besser für inhomogene, grobe Gefüge mit größerer benötigter Eindruckfläche. Rockwell ist schneller und ohne optische Auswertung durchführbar und wird daher häufig in der Serienprüfung an homogenen Bauteilen eingesetzt.
Wie oft muss ein Vickers-Härteprüfer nach ISO 6507 kalibriert werden?
Die Norm unterscheidet zwischen Routineüberprüfung durch den Anwender und der indirekten Verifizierung. Die Routineüberprüfung mit Härtevergleichsplatten erfolgt in der Regel arbeitstäglich vor Beginn der Prüfungen. Die indirekte Verifizierung nach DIN EN ISO 6507-2 wird üblicherweise jährlich durch ein akkreditiertes Kalibrierlabor durchgeführt, ebenso nach jeder Reparatur oder größeren Umstellung des Prüfgeräts.
Welche Rolle spielen Härtevergleichsplatten bei der Vickers-Prüfung?
Härtevergleichsplatten sind Referenzstücke mit zertifiziertem Härtewert. Sie dienen der arbeitstäglichen Routineüberprüfung der Prüfmaschine und sind damit die Grundlage für rückführbare Ergebnisse. Ihre Kalibrierung ist in DIN EN ISO 6507-3 geregelt. Die Platte wird immer im passenden Härtebereich und mit der gleichen Prüfkraft wie die spätere Prüfaufgabe eingesetzt.
Ist die Vickers-Prüfung wirklich zerstörungsfrei?
Streng genommen ist jede Härteprüfung mit Eindringkörper eine zerstörende Prüfung, da ein bleibender Eindruck erzeugt wird. In der Praxis gilt Vickers jedoch als zerstörungsarm oder praktisch zerstörungsfrei, weil die Eindrücke bei kleinen und mittleren Prüfkräften sehr klein sind und die Bauteilfunktion in der Regel nicht beeinträchtigen. Der Eindruck lässt sich bei Bedarf durch Schleifen und Polieren entfernen.
Kann ein Vickers-Härtewert in Zugfestigkeit umgerechnet werden?
Ja, eine näherungsweise Umrechnung ist nach ISO 18265 möglich. Für unlegierte und niedriglegierte Stähle liegen dort Umwertungstabellen zwischen HV, HB, HRC und der Zugfestigkeit Rm vor. Die Werte sind Richtwerte und ersetzen keinen Zugversuch nach ISO 6892-1. Für hochlegierte Stähle, Nichteisenmetalle oder Gusswerkstoffe gelten die Umrechnungen nur eingeschränkt oder gar nicht.
