Härteprüfung Brinell: Animation Funktionsprinzip

Früher wurde als Eindringkörper eine Stahlkugel verwendet. Seit 2006 ist eine Hartmetallkugel (Wolfram-Karbid) vorgeschrieben. Je nach Homogenität, Materialdicke und Härte kommen Kugeln mit unterschiedlichem Durchmesser zum Einsatz: Ø 10 | 5 | 2,5 | 2 | 1 | 0,625 mm. Welche Prüfmethode (Kombination des Kugeldurchmessers und der Prüfkraft) verwendet werden muss ergibt sich aus dem unterschiedlichen, erforderlichen Belastungsgrad (siehe Tabelle unten). So ist für Stahl ein Belastungsgrad von HB30 (Kraftverhältnis in Bezug auf die Kugeloberfläche - Formel F/D²) und für weichere NE-Metalle eine Belastungsgrad von HB10 / HB5 / HB2,5 / HB1 zu verwenden.

Der Belastungsgrad errechnet sich aus der Kraft geteilt durch die Quadratzahl des Kugeldurchmessers (F / D²) und ermöglicht die richtige Wahl der Prüfbelastung bzw. Prüfmethode. Würde ein zu hoher Belastungsgrad (bezogen auf die Härte des Materials) gewählt so würde die Brinell-Kugel zu tief in das Material eingedrückt - eine Auswertung ist nicht mehr möglich bzw. falsch (es soll kein Loch "gestanzt" werden sondern eine Kaloptte-Eindruck erzeugt werden)

Zum Zeitpunkt der Entwicklung der Brinell Härteprüfung wurde die Prüfkraft noch in kg bzw. kp angegeben. Damit die ermittelten Härtewerte, Umwertungstabellen und Materialspezifikationen Gültigkeit behielten / behalten wurden die Prüfkräfte beibehalten - die Prüfmethoden behielten Ihre Bezeichnung die u. a. auf der Prüfkraft in kg (kgf) beruhen. Die in der Tabelle genannten Belastungskräfte (nach dem Schrägstrich) nennen die Prüfkräfte in kp. Da die Umrechnung der Prüfkräfte in Newton ungerade Werte ergibt wird in dieser Tabelle auf die metrologisch korrekte Angabe in Newton verzichtet.

In der Tabelle werden nur die häufigsten Verfahren genannt. Andere Verfahren sind möglich aber wegen der schlechten Vergleichbarkeit der Ergebnisse nicht üblich.

Die Messung des Durchmessers des Kugeleindrucks (Kugelkalotte) wurde mit einem Mikroskop mit geringer Vergrößerung gemessen (je nach Kugeldurchmesser und Prüflast 14 - 100-fach). Der aktuelle Stand der Technik nutzt  eine Videokamera mit automatischer Bildverarbeitung (Bildanalyse-Software): Die Brinell-Härte wird berechnet aus dem Verhältnis von Prüfkraft zu Eindruck-Oberfläche. Die Prüfkraft in Newton wird dividiert mit dem Wert 0,102 (Kehrwert von 9,81 = Faktor zur Umrechnung von Newton in kgf). Auf diese Weise entsprechen Messwerte der aktuellen Metrologie (für die allgemein eine Kraftangabe in Newton erforderlich ist) den Messwerten die mit der heute ungültigen metrologischen Einheit für Kraft (kg bzw. kgf) ermittelt wurden. Eine Umstellung auf gerade Werte Newton (Faktor 9,81) ist nicht sinnvoll das sonst alle vorhandenen Härteprüfmaschinen, Auswerte-Algorithmen, Messwerte, etc. umgestellt werden müssten.

Zur Berechnung der Brinell-Härte ist in u. g. Formel die Kraft F in N, der Kugeldurchmesser D in mm und der mittlere Eindruck-Durchmesser d in mm einzusetzen. Der Wert im Nenner ist das Ergebnis der Formel für die Oberflächenberechnung des erzeugten Kugeleindrucks (Kugelkalotte).