Härteprüfung Vickers: Animation Funktionsprinzip

Die Vickers-Härteprüfung wurde im Jahr 1924 von Smith und Sandland bei der Firma Vickers Ltd. als eine alternative zur Brinell Härteprüfung entwickelt um die Härte an wesentlich Härteren Werkstoffen zu messen. Die Vickers-Prüfung ist häufig leichter anwendbar als andere Härteprüfungen, da die erforderlichen Berechnung des Härtewerts unabhängig von der Größe des Eindringkörpers erfolgt und unabhängig von der Härte des Werkstoffes anwendbar ist.

Wie bei allen gängigen Härteprüfverfahren beruht das Grundprinzip darauf welchen Widerstand der Werkstoff einem härteren Eindringkörper entgegenbringt bzw. welche  bleibende Verformung daraus resultiert. Die Vickers-Prüfung ist für alle Metalle anwendbar und besitzt von allen Härteprüfverfahren das größte Einsatzspektrum (von extrem weichem Blei bis extrem Harte Stähle oder sogar Keramik). Die Einheit der durch die Prüfung ermittelten Härte wird als Härte-Vickers bezeihnent. Hier dem Kurzzeichen HV wird die Prüfkraft in kgf genannt z. B. HV10.

Der Härtegrand ist nicht tatsächlich eine Eigenschaft des Werkstoffs und stellt einen empirischen Wert dar, der im Zusammenhang mit dem ausgewählten Härteprüfverfahren und dem verwendete Messbereich bzw. der Prüflast gesehen werden muss. Bei der Härteprüfung muss der Abstand zwischen den jeweiligen Vickers-Eindrücken mehr als das 2,5-fache der Eindruck-Diagonalen betragen, um eine Beeinflussung der Härteprüfung durch entstehende Materialverdichtungen / Kaltverfestigungen zu vermeiden.

Insbesondere bei der Härteprüfung dünner Schichten oder Folien, in Randbereichen eines Werkstücks und bei Oberflächen-Härtungen ist die Vickers - Härteprüfung das einzig zuverlässige Verfahren. Wegen der relativ kleinen Eindrücke und der extrem guten Positionierbarkeit der Eindrücke lässt sich dieses Verfahren hervorragend nutzen für die Ermittlung einer Einhärtungstiefe CHD (EHT - Einhärtungstiefe), SD (RHT Randschichthärtetiefe) und NHT (Nitrierhärtetiefe). Zudem wird hier (wegen der geringen Größe der Eindrücke) von einem nicht zerstörenden Prüfverfahren gesprochen. Sofern ein Vickers-Abdruck für eine dünne Schicht zu breit ist (Prüfung seitlich an einer präparierten Probe) kann alternativ ein Knoop-Eindringkörper verwendet werden. Im Prinzip ist der Knoop Eindringkörper bzw. der hiermit erzeugte Prüfeindruck ein in die Länge gezogener Vickers-Abdruck (Rombus). Die Berechnung der Härte erfolgt ähnlich wie bei Vickers.

Versuchsdurchführung Vickers Härteprüfung
Nach der Prüflastbeaufschlagung hinterlässt die Vickers - Pyramide in z. B. einem einsatzgehärteten Stahl einen quadratischen Eindruck. Bei der Konzeption des Verfahrens wurde beschlossen, dass die Form des Eindringkörpers so gestaltet sein soll, dass die so erzeugten Eindrücke vergleichbare geometrische Formen ergeben – unabhängig von der Größe der Prüflast. Der Eindruck sollte exakt definierte Punkte aufweisen die einfach vermessen werden können. Und der Eindringkörper sollte einen großen Widerstand gegen Eigenverformung bieten. Ein (synthetischer) Diamant in Form einer quadratischen Pyramide erfüllte diese Anforderungen bestens. Die Erfahrungen bei der Brinell-Prüfung hatten ergeben, dass die ideale Größe eines Brinell-Kugelabdrucks bei 3/8 des Kugeldurchmessers gegeben ist (Eindrucktiefe). Da sich die Enden zweiter Tangenten zu einem Kreis bei einer 3d/8 Sehne im Winkel von 136° treffen wurde beschlossen diesen Winkel als geometrische Form der Pyramide festzulegen. Weitere Experimente ergaben, dass die Ergebnisse einer Härteprüfung bei homogenem Material konstant sind unabhängig von der aufgebrachten Höhe der Prüflast.

Der Vickers-Härtewert wird ermittelt aus dem Verhältnis F / A. Dabei stellt F die am Diamanten beaufschlagte Prüflast (Kraft) in kg dar A ist der Flächeninhalt des entstandenen Eindrucks in Quadratmillimeter. Da zum Zeitpunkt der Entwicklung dieser Härteprüfmethode die Prüfkraft noch in kp angegeben wurde ist in die aktuell gültige metrologische Berechnung der Vickers Härte der Faktor 0,102 (Kehrwert von 9,81 = Faktor zur Umrechnung von Newton in kgf) eingeflossen.