Vickers Härteprüfeindruck / Auswertesoftware

Vickers Härteprüfeindruck unter dem Messmikroskop
Der Vickers Härteprüfeindruck wird bei modernen Geräten mittels Videokamera und intelligenter Bildanalyse ausgewertet.
Zeichnung Vickers Härteprüfung (Wirkprinzip)
Die Zeichnung zeigt das Wirkprinzip die Vickers Härteprüfung

Vickers Härteprüfung

Die Vickers-Härteprüfung wurde im Jahr 1924 von Smith und Sandland bei der Firma Vickers Ltd. als eine alternative zur Brinell-Prüfung entwickelt um die Werkstoffhärte zu messen. Die Vickers-Prüfung ist häufig leichter anwendbar als andere Härteprüfungen, da die erforderlichen Berechnung des Härtewerts unabhängig von der Größe des Eindringkörpers erfolgen und auch 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. Die Einheit der durch die Prüfung ermittelten Härte ist bekannt als Härte-Vickers (HV).

Der Härtegrand ist nicht tatsächlich eine Eigenschaft des Werkstoffs und stellt einen empirischen Wert dar, der im Zusammenhang mit dem ausgewählten Härteprüfverfahren und dem verwendeten
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.

Prüflasten (typische Prüflasten in FETT)

 

Methoden Vickers - Härteprüfung

Methoden Knoop
Härteprüfung

Prüflast
kp

Prüflast
mN milli Newton

Prüflast
kp

Prüflast
N Newton

Prüflast
kp

Prüflast mN milli Newton

0,005

49,03

1

9,806

 

 

0,010

98,1

2

19,61

0,010

98,1

0,015

147,1

3

29,41

 

 

0,020

196,1

4

39,22

 

 

0,025

245,2

5

49,03

 

 

0,030

294,2

10

98,06

 

 

0,050

490,3

20

196,1

0,050

490,3

0,100

980,6

30

294,2

0,100

980,6

0,200

1961

40

392,2

 

 

0,300

2942

50

490,3

 

 

0,400

3923

100

980,6

 

 

0,500

4903

120

1176

0,500

4903

 

 

 

 

1

9806

Gemäß DIN EN ISO 6507-1 bis 4 (Vickers Härteprüfung) ist es für die Darstellung der Ergebnisse erforderlich, dass das Härteprüfverfahren und die Prüfkraft immer mit angegeben werden.

Beispiel

: 440 HV30

Dabei bedeutet

: 440

= Härtewert

 

: HV

= Härte Vickers mit Diamantpyramide 136°

 

: 30 

= Prüflast (Kraft F) in kg bzw. kgf

 

 

 

Wird die Prüflastdauer gemäß Norm (10 - 15 Sekunden) eingehalten wird hinter dem Härtewert
angegeben. Erst wenn die Prüflastdauer nicht eingehalten wird muss die Zeit ebenfalls
dokumentiert werden.

 Beispiel

: 440 HV30/20