Die Härteprüfung eines Materials -

ist, je nach Aufgabe des Bauteils, wesentlicher Bestandteil der Qualität eines Produktes. So müssen zum Beispiel die Bestandteile eines Kugellagers extrem hart sein um Milliarden Umläufe schadlos zu überstehen. In diesem Fall ist Härte ein Indikator des Verschleißverhaltens.

Andererseits gibt es aber auch Situationen bei denen die Härte eines Materials nicht zu hoch sein darf. Dies zum Beispiel wenn ein Material umgeformt werden muss (es würde brechen oder Risse entstehen). Oder zum Beispiel wenn das Bauteil mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Würde hier das Material zu hart (und zu wenig zäh) sein würden vorzeitig Risse entstehen. Diese führen dann später zum vorzeitigen Versagen des Bauteils. Auch wenn die heutigen Fertigungsprozesse als sehr sicher angesehen werden kann - letztlich können aber selbst kleine Veränderungen in dem Prozess dazu führen, dass sich die Härte dramatisch ändert. Daher ist die Härteprüfung in verschiedenen Stadien des Prozess unabdingbar.

Härte wird definiert … (nach Adolf Martens)

als der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff dem mechanischen Eindringen eines härteren Körpers entgegensetzt.

Härteprüfer für die Härteprüfung nach Rockwell / Vickers / Brinell

Geeignetheit der Härteprüfverfahrens für die Härteprüfung d

Die Härte der verwendeten Materialien und Bauteils kann extrem unterschiedlich sein. Nicht jedes Härteprüfverfahren ist für jede Härte und / oder Material geeignet. Die Werkstoffhärte kann zu hoch sein, dass eine Kugel einer Brinell-Härteprüfung (Wolframcarbid) beschädigt und abgeplattet wird (in diesem Fall muss also ein Rockwell oder Vickers-Verfahren Anwendung finden). Für die Auswahl des Verfahrens ist die Homogenität des Materials mit entscheidend. Ist das Material porig (z. B. Grauguss) würde die sehr spitze Vickers-Diamantpyramide eines Vickers – Eindringkörpers in diese Pore eindringen und das Ergebnis wäre unbrauchbar. Ein inhomogener Werkstoff muss also mit einem Verfahren geprüft werden das eine "mechanische Mittelwertbildung" der Prüffläche ermöglicht. Dies ist z. B. Bei der Härteprüfmethode nach Brinell gegeben. Grauguss muss mit einer Brinell - Kugel Ø 5 oder 10 mm geprüft werden. Einzelne Poren spielen dann eine geringe Rolle. Wegen dieser unterschiedlichen Werkstoff-Eigenschaften muss ein Härteprüfverfahren gewählt werden, bei dem die Ergebnisse durch die Materialstruktur beeinflusst werden. Hierzu mehr in unten gezeigter Tabelle

Mindestdicke des Prüflings

Es ist darauf zu achten, dass ein dünnes Werkstück nicht durchstoßen wird bzw. die Mindestdicke des Prüfstücks nicht unterschritten wird. Dazu mehr bei den unterschiedlichen Verfahren. Wird die Mindestdicke des Prüfstücks unterschritten wird nicht mehr die Härte des eigentlichen Prüfstücks ermittelt sondern die Härte des Auflagetisches fließt in das Ergebnis ein.

Mindestdicke der Beschichtung: Soll die Härte einer dünnen Beschichtung (Layer) geprüft werden muss eine Prüflast gewählt werden die gering genug ist diese Schicht nicht zu durchstoßen. Für diese Prüfung wird meist eine Mikrohärteprüfung nach Vickers durchgeführt.

Mindestabstand zweier Prüfeindrücke

Ebenfalls darf der Abstand der Prüfeindrücke nicht zu dicht gewählt werden. Die Härteprüfung beruht unter anderem darauf, dass Material verdrängt wird. Diese Verdichtung führt zu einer Verfestigung die die Härte des Materials erhöht (Kaltverfestigung durch Umformung).

Randabstand eines Prüfeindrucks

Unbeachtet darf auch nicht bleiben, dass der Abstand eines Härteprüfeindrucks vom Rand eines Prüflings nicht zu gering sein darf da sonst die Gefahr besteht, dass das Material zum Rand der Probe nachgibt (dorthin fließt) und so der Eindringkörper tiefer eindringen kann - also eine Härte ermittelt wird die geringer ist als die tatsächliche Härte des Werkstücks.

Auswahl des geeigneten Härteprüfverfahrens

Wegen der Vielfältigkeit der zu prüfenden Werkstoffe gibt es leider kein Härteprüfverfahren, das für alle Anwendungen geeignet ist. Nachfolgend werden die wichtigsten Metall-Härteprüfverfahren erläutert. Für Kunststoffe und Gummi gibt es andere Härteprüfverfahren (Shore, Kugeldruckhärte) auf die hier jedoch nicht eingegangen wird.

 Tabelle der Härteprüfverfahren und deren Vor- und Nachteile

 

Brinell

Geräte

Typisches

Material

Vor- und Nachteile

Meist stationäre Härteprüfmaschinen üblich sind

- Universal-Härteprüfmaschinen
  (für Vickers Brinell + Rockwell)
  Tischgeräte für Prüflasten bis 250 kp und <3000 kp
 

- Standgeräte für raue Umgebungsbedingungen und
  schwere Prüfstücke

- schwenkbarer Bohrständer mit Prüfkopf
  (für große + schwere Prüfstücke)

- Portalbauweise mit Prüfkopf
  (für große + schwere Prüfstücke)

- portable Prüfzwinge mit Messlupe / Videokamera
  (für große + schwere Prüfstücke)

-  Stahlguss

-  NE-Metalle

-  weiche Metalle

-  Grauguss

-  inhomogene
   Werkstoffe

- Sintermetalle
  (ungesintert)

+ normiertes Härteprüfverfahren gem.
   DIN EN ISO 6506-1 und ASTM

+ bei porigen, inhomogenen Werkstoffen
   (Grauguss etc.) einzig mögliches Verfahren

+ gut geeignet für weiche Werkstoffe
   (große Eindringkörper-Oberfläche verhindert
    zu tiefes einsinken)

+ optisches Verfahren:
   Vorbeurteilung der Prüfposition möglich

- nicht für hohe und sehr hohe Härte geeignet
  (Kugel wird beschädigt / abgeplattet)

- Prüfstelle muss vorbereitet (geschliffen) werden
  da optische Eindruckvermessung

- etwas aufwendiger als Rockwell-Härteprüfung

Vickers

Geräte

Typisches

Material

Vor- und Nachteile

Meist stationäre Härteprüfmaschinen üblich sind

- Universal-Härteprüfmaschinen
  (für Vickers Brinell + Rockwell)
  Tischgeräte für Prüflasten bis 250 kp

- Universal-Härteprüfmaschinen (HV, HB, HR) mit:
  (HV1 - HV120)

- Kleinlast-Härteprüfmaschinen
  HV 0,3 – HV10

- Vickers-Härteprüfmaschinen
  HV 0,3 - HV 30

- Mikro-Härteprüfmaschinen
  HV0,01 - HV1 (HV2)

- Nano-Vickers Härteprüfmaschinen
  HV0,001 -

-  extrem harte
   Werkstoffe
   (+ Keramik…)

-  homogene
   Werkstoffe

-  Stahlguss

-  gehärtete
   Werkstoffe

- Härteverläufe
  CHD (EHT)
  SD (NHT)
  RHT

+ normiertes Härteprüfverfahren gem.
   DIN EN ISO 6507-1 und ASTM

+ Vorbeurteilung der Prüfposition da optisches
   Verfahren

+ universellstes Verfahren für weiche bis sehr
  harte Werkstoffe

+ extrem exakte Vorpositionierung möglich da
 optisches Verfahren mit Messmikroskop

+ einziges (exaktes) Verfahren zur Bestimmung
   der Härtetiefe (CHD, SD, RHT …)

- nicht für poriges Material geeignet
  (Grauguss …)

- homogenes Material / Gefüge erforderlich

Rockwell

Geräte

Typisches

Material

Vor- und Nachteile

Meist reine Rockwell-Härteprüfmaschinen
üblich sind aber auch Universal-Härteprüfmaschinen

- Universal-Härteprüfmaschinen
  (für Vickers Brinell + Rockwell)
  Tischgeräte für Prüflasten bis 250 kp

- einfache Rockwell-Härteprüfmaschinen
  mit analoger oder digitaler Messuhr
  Verfahren HRC / HRB / HRA
  meist mit Totgewichten

- höherwertige Rockwell-Härteprüfmaschinen
  mit Kraftmesszellen für alle Rockwell- Verfahren
  und Kugeldruckhärte (Kunststoff)

- einfache Super-Rockwell-Härteprüfmaschinen
  mit analoger oder digitaler Messuhr
  Verfahren
  meist mit Totgewichten

- harte und sehr harte Werkstoffe
(HRC)
 

- mittelharte
  bis weiche
  Metalle
  (Rockwell-
  Kugel)

+ normiertes Härteprüfverfahren gem.
   DIN EN ISO 6508-1 und ASTM

+ häufigstes Messverfahren / am meisten
   bekannt (Rockwell-C)

+ schnelle Prüfung (direkte nach der Entlastung
   kann der Messwert abgelesen werden

+ preiswerte Gerätegattung da ohne optische
   Messeinrichtung

+ einfache Serienprüfungen möglich
  (auch automatisiert in Roboter-Prüfsystemen)

- Auflagetisch muss sehr sauber gehalten werden

- Prüfstück-Unterseite muss sehr glatt sein

- keine exakte Positionierung möglich