Härteprüfung

Härteprüfung an Metallen

"Die Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff dem mechanischen Eindringen eines härteren Körper entgegensetzt."

Somit ist die Härte ein wesentlicher Bestandteil von Bauteilberechnungen, Zeichnungsvorgaben oder bei der Charakterisierung von Materialien. Moderne Metall-Werkstoffe bieten ein sehr breites Spektrum für unterschiedlichste Einsatzzwecke. Ausgehend von sehr weichen NE-Metallen wie Pb oder Cu, über (Randschicht-) gehärtete Stähle bis zu sehr harten Beschichtungen wie Wolframcarbid. Aufgrund unterschiedlichster Werkstoffeigenschaften, wie Porosität, Homogenität und Härte, wurden über die Jahre mehrere Verfahren für die Prüfung entwickelt.

Unser nach DIN EN ISO 17025 akkreditiertes Labor bietet Ihnen die gängigen stationären Verfahren der Härteprüfung, welche  im Bereich der metallischen Werkstoffe eingesetzt werden: Vickers, Rockwell und Brinell.

Härtepruefer im GWP Werkstofflabor
Härtepruefer im GWP Werkstofflabor
Härtevergleichsplatten fuer Vickers Verfahren
Härtevergleichsplatten fuer Vickers Verfahren

Härte Vickers (HV)

Von den Härteprüfverfahren ist die Vickers-Methode die am universellsten einsetzbare Prüfung. Hier wird ein pyramidenförmiger Diamant-Eindringkörper mit definierter Belastung in das Werkstück eingedrückt. Der typische Last-Bereich erstreckt sich von 1g bis 30 kg. Eine Bestimmung der Härte erfolgt an dem durch plastische Verformung entstandenen Eindruck durch Mittelwertberechnung der Diagonalen.

Das Spektrum dieses Verfahrens ermöglicht z.B. kleinste Messpunkte mit Diagonalen von ca. 10 µm zur Prüfung von einzelnen Gefügebestandteilen, eng beieinander liegende Eindrücke für Verläufe (Einhärtetiefe) oder großflächige Eindrücke bei heterogenen Gefügen.

Die GWP ist mit modernsten Härteprüfgeräten ausgerüstet welche die Möglichkeiten der manuellen, halbautomatischen und vollautomatischen Auswertung bieten.

Normen: DIN EN ISO 6507-1 (Vickers) , DIN EN ISO 2639 (CHD) , DIN 50190-3 Nht

Härte Vickers Härteeindruck
Härte Vickers Härteeindruck
Härte Vickers Härteprüfgerät
Härte Vickers Härteprüfgerät

Härte Brinell

Die Härteprüfung nach Brinell wird bei weichen bis mittelharten Metallen, sowie sehr porösen oder inhomogenen Werkstoffen (z.B. Guss oder  Leichtmetalllegierungen) eingesetzt.

Bei der Prüfungen werden Hartmetallkugeln mit verschiedenen Durchmesser mit einer definierten Kraft in die Oberfläche eingedrückt. Ähnlich dem Vickers-Verfahren beruht die Berechnung der Härte auf dem Verhältnis des mittleren Diagonalendurchmessers zur verwendeten Kugel und Prüfkraft. Laut DIN EN ISO 6506-1 sind für verschiede Werkstoffe Beanspruchungsgrade definiert. Diese Beziehen sich auf die zu erwartende Härte, den Kugeldurchmesser und die Prüfkraft.

Die GWP deckt mit Ihrem Gerätepark die typischen Prüfbereiche ab.  So können z.B. auch Prüfungen mit einer Last von 3000 kg durchgeführt werden.

Normen: DIN EN ISO 6506-1 (Brinell)

Härte Brinell Eindringkoerper
Härte Brinell Eindringkoerper
Eindruck Brinell mit Verformung
Eindruck Brinell mit Verformung

Härte Rockwell

Die Härteprüfung nach Rockwell ist in mehrere Verfahren unterteilt, welche sich durch die Prüflast und verschiedene Eindringkörper unterscheiden. Bei den beiden gängigsten Verfahren HRA und HRC handelt es sich um einen Prüfkörper mit einem Diamantkegel.

Abweichend zum Vickers- und Brinell- Verfahren wird die Härte nicht anhand der bleibenden Eindrucksdiagonalen sondern durch die Eindruckstiefe bestimmt. Aufgrund dieser Bestimmungsart kann ohne optische Vermessungseinrichtungen der Härtewert von einer Skala abgelesen werden und die Anforderungen bezüglich der Oberflächengüte sind geringer.

Das Rockwell-Verfahren wird bevorzugt bei harten Materialien, z.B. zum Bestimmen des Wärmebehandlungszustandes an härtbaren Stählen, eingesetzt.

Norm: DIN EN ISO 6508-1 (Rockwell)

Rockwell Härtepruefer
Rockwell Härtepruefer
Rockwell Härteskala
Rockwell Härteskala

Härteverlaufsmessung

Randschichthärtungen sind gängige Verfahren zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Bauteilen. Zur Überprüfung werden neben metallographischen Untersuchungen auch Härteverläufe eingesetzt. Mittels dieser Messungen lassen sich neben der Härtedifferenz gegenüber der Kernhärte auch die Tiefe bestimmen. Hierfür werden mehrere Vickers-Prüfeindrücke in definierten Abständen zum Bauteilrand gesetzt und vermessen.  Die Untersuchungen finden üblicherweise an metallographisch präparierten Proben statt.

Bedingt durch unterschiedliche Härte- und Verarbeitungsverfahren werden auch die Prüfmethoden unterschieden: Nitrierhärtetiefe (Nht / NHD,) Einsatzhärtungstiefe (Eht / CHD), Schweißnahtverlaufsprüfung,… .   

Auch im Bereich von Schadensuntersuchungen kommen Härteverlaufsmessung gezielt zum Einsatz, um z.B. thermische Einwirkungen zu charakterisieren oder Herstellungsfehler zu ermitteln.

Normen: DIN EN ISO 2639 (CHD) , DIN 50190-3 Nht

Haerteverlaufsmessung an Nitrierschicht
Haerteverlaufsmessung an Nitrierschicht
Haerteverlauf in Diagramm
Haerteverlauf in Diagramm

Mikrohärtemessung

Für die Charakterisierung von verschiedensten Werkstoffen bietet die Härteprüfung ein sehr breites Spektrum von Möglichkeiten. Mittels der Mikrohärteprüfung (üblicher Weise Lastbereiche von 1 bis 200 g) können z.B. verschiede Phasen eines Gefüges und sehr dünne Schichten (>10 µm) geprüft werden. Diese Auswertungen lassen Rückschlüsse auf z.B. Verschleissbeständigkeit und mögliche Ursachen für Schäden ziehen. Durch die kleinen Eindrücke können auch sehr eng beieinander liegende Eindrücke realisiert werden z.B. für Härteverläufe oder Härtemappings.

Normen: DIN EN ISO 6507-1; DIN 50190-1-2-3

Härtemapping

Härtemappings können eine wertvolle Ergänzung zur klassischen Härteprüfung sein. Damit lassen sich selbst kleineste lokale Aufhärtungen in großen Probenquerschnitten nachweisen. Dies ist nicht nur bei Schweißverbindungen von Vorteil. Bei sämtlichen, technischen Anwendungen können durch thermische oder mechanische Beanspruchungen immer wieder Gefügeveränderungen erfolgen, die mit Hilfe der Härteprüfung ermittelt werden können. Gerade bei mehrlagigen Schweißungen können so gezielt Bereiche identifiziert werden, in denen ein Wärmeeintrag das Gefüge deutlich beeinflusst hat und somit die Qualität der Verbindung beeinträchtigt.

Härtemappings werden bei uns mit dem Vickers-Verfahren realisiert. Es werden 500—2000 Eindrücke vollautomatisch gesetzt und ausgewertet.

Härtemapping
Härtemapping
Härtemapping
Härtemapping

Instrumentierte Eindringprüfung (Universalhärteprüfung)

Die Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter (auch Universalhärte oder Härte Martens) bietet im Gegensatz zu den klassischen Verfahren wie Rockwell und Vickers auch die Möglichkeit die elastische Verformungen von Werkstoffen zu bestimmen und bewerten. Zudem bietet es die Möglichkeit Werte zu ermitteln, welche gegenüber den traditionellen Verfahren äquivalent sind. Es können unterschiedlichste Materialien wie Kunststoffe, Metalle, Beschichtungen und Keramiken geprüft werden.

Normen: DIN EN ISO 14577-1 / ASTM E2546

Härteprüfung nach Shore

Die Shore-Härte, benannt nach Albert Shore, ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN 53505, ISO 868, ISO 7619 (zukünftig DIN ISO 7619 auch als Ersatz zur DIN 53505) sowie ASTM D 2240 festgelegt.

Wobei die Shore – Härte auf einer Skala von 0 – 100 angegeben wird. Dabei entspricht 0 der kleinsten und 100 der größten Härte.

Zur Bestimmung der Härte an Probekörpern und Erzeugnissen aus Kunststoffen wird mit Hilfe einer Tiefenmeßuhr eine Stahlspitze mit bestimmter Form und mit definierter Federkraft in die Oberfläche eingedrückt.

Shore A wird für weiche Elastomere verwendet. Der Eindringkörper besteht aus einem Kegelstumpf mit einem Durchmesser von 0,79 mm und einem Öffnungswinkel von 35°,die Anpresskraft beträgt 12,5 Newton, die Haltezeit 15 s. Die Shore A Härte wird ermittelt im Bereich 10 bis 90 Härteeinheiten (weichere Kunststoffe)

Shore D wird für relativ steife Kunststoffe verwendet. Der Eindringkörper besteht aus einer Nadel mit einem Winkel von 30° und einer kugelförmigen Spitze (R=0,1 mm). Die Anpresskraft beträgt 50 Newton, die Haltezeit 15 s.

Die Shore D Härte wird ermittelt im Bereich 30 bis 90 Härteeinheiten (härtere Kunststoffe)

Härteprüfung nach Shore
Härteprüfung nach Shore