Härteprüfer

Was ist ein Härteprüfer?

Härte ist definiert als ein Maß für den Grad der Kraft, die von einem anderen Objekt ausgeübt wird, um ihm zu widerstehen.

Es gibt keine einheitliche Einheit für die Härte, da die von einem anderen Objekt ausgeübte Kraft vom Zweck abhängt, z. B. ob es sich um Biegung, Dehnung oder Torsion handelt.

Daher werden verschiedene Shore-Durometer für unterschiedliche Zwecke und Anwendungen eingesetzt. Es gibt fünf typische Prüfverfahren

• Brinell
• Vickers
• Rockwell
• Knoop
• Shore
• UCI (Ultraschall-Kontaktimpedanz)

Die Härtewerte verschiedener Prüfverfahren können nicht ohne weiteres miteinander verglichen werden. Mit Hilfe einer Härteumrechnungstabelle können sie jedoch relativ verglichen werden.

Anwendungen von Härteprüfern

• Härteprüfung durch Eindrücken:

• Brinell-Härteprüfer
  Die Messungen werden mit optischen Geräten wie z. B. Mikroskopen durchgeführt. Es kann höhere Lasten als andere Messgeräte bewältigen (bis zu 3000 kg) und eignet sich für große Proben mit rauen Oberflächen.
• Vickers-Härteprüfer
  Die Messungen werden mit optischen Geräten wie Mikroskopen durchgeführt. Der Vorteil der Vickers-Härtemessung besteht darin, dass der Einfluss unterschiedlicher Prüfkräfte nahezu vernachlässigbar ist, während beispielsweise bei der Brinell-Härtemessung die ermittelten Härtewerte je nach Prüfkraft schwanken, selbst wenn derselbe Eindringkörper verwendet wird. Es kann ein breites Spektrum von Proben messen, von weich bis hart, und wird für klinische Prüfungen verwendet, insbesondere im Bereich der Zahnmedizin.
• Rockwell-Härteprüfer
  Im Gegensatz zu Brinell- und Vickers-Härteprüfern kann der Rockwell-Härteprüfer Messungen schnell und ohne optische Hilfsmittel durchführen. Es verwendet hauptsächlich konische Eindringkörper aus Diamant, aber auch Stahl- oder Wolframkarbidkugeln, wenn relativ weiche Proben wie weicher Stahl, verformbares Gusseisen, Kupfer- und Aluminiumlegierungen gemessen werden. Sie werden hauptsächlich zur Messung von wärmebehandelten Stahlwerkstoffen verwendet.
• Knoop-Härteprüfer
  Geeignet für die Messung leichter Lasten von wenigen Gramm und für die Messung von Rissen und Beschichtungen wie Keramik.

• Die Härteprüfung basiert auf der Größe des Rückpralls, z. B. von Hämmern

• Shore-Härteprüfer
  In Japan weit verbreitet, da es ohne Beschädigung der Probe messen kann und einfach zu bedienen ist. Es wird keine Stromversorgung benötigt und ist kompakt und tragbar, so dass es möglich ist, große Strukturen wie Walzen und Eisenbahnschienen vor Ort zu prüfen.

• Andere Prüfverfahren

• UCI-Härteprüfer (Ultraschall-Kontaktimpedanz)
  Das Prinzip der UCI-Härtemessung basiert auf der Vickers-Härtemessung. Sie hat einen kleineren Eindruck als andere Prüfverfahren und kann bei dünnen, empfindlichen Teilen eingesetzt werden. Andererseits wird es auch für große Proben verwendet, die tragbar sind und nicht bewegt werden können.

Funktionsweise der Härteprüfer

• Funktionsweise des Brinell-Härteprüfers
  Ein kugelförmiger Eindringkörper wird 10 bis 15 Sekunden lang gegen die Probe gedrückt, und die Oberfläche S (mm2) wird aus der Prüfkraft F (N), dem Eindringkörperdurchmesser D (mm) und dem Beulendurchmesser d (mm) berechnet, um die Härte zu ermitteln.
  Brinell-Härte (HBS) = 0,102 × (Prüfkraft F/Eindruckfläche S)
  　　　　　　　　 = (0,102 × 2F)/{πD(D-√(D2-d2)}
• Funktionsweise des Vickers-Härteprüfers
  Ein pyramidenförmiger Diamanteindringkörper mit einem Anstellwinkel von 136 ° wird gegen die Probe gedrückt, und die Oberfläche S (mm2) wird aus der Prüfkraft F (N) und der Diagonallänge d (mm) des Eindrucks berechnet, um die Härte zu ermitteln.
  Vickershärte (HV) = Prüfkraft F/Eindruckfläche S
  　　　　　　 = 2Fsin68°/d2 = 1,854 F/d2
  Die Prüfverfahren ist in ISO 6507 festgelegt.
• Funktionsweise des Rockwell-Härteprüfers
  Ein Diamant-Kegeleindringkörper mit einem Scheitelwinkel von 120 ° wird in der Reihenfolge ① bis ③ gegen die Probe gedrückt.
  (1) Referenzlast
  (2) Prüfkraft
  (3) Referenzlast
  Die Härte wird anhand der Differenz der Eindringtiefe zwischen (1) und (3) gemessen.
  Es muss eine Last gewählt werden, bei der die Eindringtiefe weniger als 1/10 der Probendicke beträgt.
• Funktionsweise des Knoop-Härteprüfers
  Ein quadratischer Diamanteindringkörper mit Diagonalwinkeln von 172 °30′ und 130 ° wird gegen die Probe gedrückt und aus der Prüfkraft F (N) und der aus der Längsdiagonale d (mm) des Eindrucks ermittelten Fläche S (mm2) berechnet.
  Es wird die gleiche Prüfmaschine wie für die Vickershärtemessung verwendet.
  Knoop-Härte (HK) = 14229F/d2
• Funktionsweise des Shore-Härteprüfers
  Ein Diamanthammer wird im rechten Winkel auf die Probe fallen gelassen und die Höhe des Rückpralls gemessen. Je härter die Probe ist, desto höher ist der Rückprall.
  Für die Härten von 30 bis 95 HS wird eutektoider Kohlenstoffstahl verwendet, für 100 HS übereutektoider Kohlenstoffstahl.
• Funktionsweise des UCI-Härteprüfers (Ultraschall-Kontaktimpedanz)
  Ein Diamanteindringkörper wird mit einer vorbestimmten Kraft etwa 0,5 Sekunden lang gegen die Probe gedrückt. Die sich ändernde Resonanzfrequenz wird elektronisch abgelesen und die Härte gemessen.

Härteprüfer für Metalle

Es gibt eine Vielzahl von Härteprüfern, von denen einige für bestimmte Materialien und andere für andere geeignet sind. Im Folgenden finden Sie Beispiele für Härteprüfer, die für Metalle verwendet werden:

• Brinell-Härte wird hauptsächlich zur Beurteilung der Durchschnittshärte von Werkstoffen mit uneinheitlichem metallurgischem Gefüge, wie Guss- und Schmiedeteilen, verwendet. Sie hinterlässt relativ große Messmarken. Außerdem ist es erforderlich, die Messfläche der Probe vor der Messung zu polieren.
• Rockwell-Härte wird zur Beurteilung der Oberflächenhärte von wärmebehandelten Werkstoffen im Bereich der Wärmebehandlung von Stahlwerkstoffen verwendet. Sie eignet sich für die Messung relativ großer Werkstoffe und hat eine geringe Messfehlerquote aufgrund von Unterschieden zwischen verschiedenen Messgeräten. Es gibt verschiedene Eindringkörper, je nach Kombination von Referenz- und Prüfkraft
• Vickers-Härte wird zur Beurteilung der Härte von Härte und Beschichtungen nach der Behandlung mit Oberflächenhärtern sowie zur Beurteilung der Querschnittshärte von Schweißmaterialien, Schweißbedingungen usw. verwendet. Sie hat außerdem den Vorteil, dass unabhängig vom Material der Probe das gleiche Messgerät verwendet werden kann.
• Shore-Härte wird zur Messung der Härte von metallischen Werkstoffen nach dem Vergüten, Nitrieren und Aufkohlen von Holz verwendet. Auch die Messung von großen Werkstoffen ist möglich.

Tragbare Härteprüfer

Für die Messung der Härte von Schwämmen, Gummi und Kunststoffen gibt es tragbare Härteprüfer.

Auch für Metalle gibt es tragbare Härteprüfer, die jedoch einfacher sind als die einfachen Tischgeräte. Für eine Messmethode wird derselbe Eindringkörper verwendet, und durch Umrechnung können mehrere Härteeinheiten angezeigt werden.