Härteprüfung

Härteprüfung

1. Die Härteprüfung allgemein

Definition: Die tech. Härte ist der Widerstand des Werkstoffes bzw. des Werkstücks gegen das Eindringen eines Probekörpers.

Nach der Härteprüfung kann das Werkstück noch genutzt werden. Die Härteprüfung ist daher zerstörungsfrei. Sie gehört zu der Gruppe der mechanischen statischen Prüfverfahren.

1.1 Härteprüfung nach Brinell

Für die Härteprüfung nach Brinell gilt die DIN EN 10003.

Bei diesem Verfahren wird eine gehärtete Stahlkugel, die einen bestimmten Durchmesser besitzt, mit einer definierten Kraft in das Werkstück eingedrückt. Nach Herausfahren des Probekörpers wird der Durchmesser des Eindruckes gemessen.

Die Härte wird dann anhand einer Tabelle abgelesen. Sie kann aber auch mit einer Formel bestimmt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

d= Durchmesser des Abdruckes

Je kleiner der Durchmesser des Eindruckes ist, um so härter ist das Werkstück. Damit die Härteprüfung stets einheitlich ist, gelten folgende Bedingungen:

-Die Fläche des zu prüfenden Körpers muss blank und eben sein.
¬ Der Kugeldurchmesser beträgt: 1; 2.5; 5 oder 10 mm
-Die Kraft soll in etwa 10 sec. stoßfrei und senkrecht wirken. Das Werkstück wird mit dieser Kraft ebenfalls 10 sec. belastet.
-Damit das Werkstück nicht zerstört wird muss es 10fach so groß sein wie der Probekörper.

Die HB Prüfung wird bei Werkstoffen mittlerer Härte bis ca. 450 HB durchgeführt. Die HB Härteprüfung kann bei sehr dünnen oder sehr harten Körpern nicht angewandt werden. Weiterhin stellt diese Prüfung eine sehr preisgünstiges Verfahren dar.

1.2 Härteprüfung nach Vickers

Für die Härteprüfung nach Vickers gilt die DIN 50133

Im Gegensatz zur Brinell Härteprüfung ist der Prüfkörper hier eine stumpfe, vierseitige Pyramide aus Diamant. Diese wird mit einer Kraft F in den zu prüfenden Werkstoff gedrückt. Nach der Entlastung wird die Diagonale des Eindruckes bestimmt. Der Eindruck hat die Form eines Quadrates.

Die Härte HV wird dann anhand einer Tabelle abgelesen. Sie kann auch mit einer Formel berechnet werden:

HV= [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] wobei d Mittelmaß der Diagonalen ist.

Es gilt ebenso: Je kleiner die Diagonale, desto größer ist die Härte.

Einige Bedingungen sind auch bei der Vickers - Prüfung zu beachten:

-Die Prüfkraft ist, zumindest im Bereich von F= 98 bis 980N, nicht definiert. Es gibt allerdings übliche Lasten: F= 49, 98, 196, 294, 490 oder 980 N
-Das Werkstück (Stahl) wird 10- 15 sec. belastet.
-Die Prüffläche des Werkstückes muß eben und blank sein.

Das Vickers Prüfverfahren hat den Vorteil, dass alle Härtegrade geprüft werden können.

Ebenso kann dieses Verfahren bei dünnen Werkstücken angewandt werden. Da dieses Verfahren ein hohes Maß an Präzision erfordert und somit Labors nötig sind, ist es teurer als die Brinell - Prüfung.

1.3 Härteprüfung nach Rockwell

Für die Rockwellprüfung gilt die DIN EN 10109.

Bei diesem Verfahren kann sowohl ein Diamantkegel (HRC) als auch eine Stahlkugel (HRB) verwendet werden. Im Gegensatz zu den vorherigen Prüfverfahren kann der Härtewert bei der Rockwellprüfung direkt an der Maschine abgelesen werden.

Zu diesem Zweck wird zuerst eine Vorlast auf das Werkstück aufgebracht. Anschließend erfolgt die Zusatzlast.

Die Tiefe des Abdrucks nach Zurücknahme der Zusatzlast ist die Härte. Die Härte erechnet sich wie folgt:

HRC= 100-500e

e = Eindringtiefe in mm unter Vorlast

HRB= 130-500e

Es gelten auch hier einige Bedingungen:

-Die Unterseite des zu prüfenden Körpers darf sich nicht plastisch verformen.
-Die Oberflächenstruktur ist im Gegensatz zu Brinell und Vickers unwichtig, d.h. keine Behandlung nötig.

Das Rockwellverfahren ist daher schnell und einfach.

2.Durchführung

Bei der Härteprüfung am 16.11 wurden 2 verschiedene Proben geprüft. An der ersten Probe im Normalzustand wurden je 5 Messungen nach Brinell und Vickers durchgeführt. Bei der zweiten Probe handelte es sich um einen gehärteten Werkstoff, weshalb diese nach Vickers und Rockwell geprüft wurde. Auch hier wurden je 5 Messungen durchgeführt um den Einfluß von Meßfehlern gering zu halten.

Die Prüfungen verliefen folgendermaßen :

2.1 Härteprüfung nach Brinell

Zuerst wurde die Prüfmaschine eingeschaltet. Dann wurde der Prüfkörper eingesetzt, bei uns eine Stahlkugel mit dem Durchmesser d = 1mm. Dann wurde die Prüfkraft an der rechten Seite der Maschine eingestellt, bei Vickers wird mit einer Last von 30kp (=294 N) geprüft. Dann wurde die Probe auf den Prüftisch gelegt und dieser soweit hochgefahren, bis die Oberfläche des Prüflings scharf auf dem Sichtschirm zu erkennen ist. Die Probe muß metallisch blank sein, und es ist darauf zu achten, daß ein gewisser Abstand vom Rand der Probe eingehalten wird. Nun wurde die Probe durch herunter drehen der Schutzkappe fixiert und die eigentlich Prüfung begonnen. Der Handhebel rechts an der Maschine wurde gelöst, worauf sich dieser langsam nach oben bewegte und die Probe langsam belastete. Wenn der Hebel in der Endposition angekommen ist, muß ca. 10 s gewartet werden und der Hebel dann wieder in die Ausgangslage zurück bewegt werden. Dann wurde der Durchmesser des sich auf dem Prüfling ergebenden Kreises 2 mal vermessen. Aus diesen beiden Werten wurde der Durchschnitt gebildet und damit aus einer Tabelle der Härtewert nach Brinell direkt abgelesen. Diese Prüfung wurde 5 mal wiederholt, wobei immer darauf zu achten war, daß nicht derselbe Punkt 2 mal geprüft wurde.

2.2 Härteprüfung nach Vickers

Beim Vickers - Verfahren wurde ähnlich vorgegangen, markante Unterschiede zu Brinell liegen aber in der veränderten Geometrie des Prüfkörpers. Es wurde also die Stahlkugel gegen eine Diamantpyramide ausgewechselt. Die Belastung des Prüflings blieb gleich, allerdings mußte die Maschine auf das Vickers - Verfahren umgestellt werden. Der Vorgang beim Prüfen blieb gleich, lediglich beim Ausmessen des sich ergebenden Rechtecks mußten die Diagonalen gemessen werden. Auch hier wurde ein Mittelwert gebildet und die Vickershärte aus Tabellen abgelesen. Dieser Versuch wurde 5 mal durchgeführt.

Der zweite Prüfling bestand aus einem gehärteten Werkstoff, weshalb die Prüflast auf 50kp (= 490 N) vergrößert wurde. Auch hier wurden wieder 5 Messungen nach Vickers durchgeführt und die Vickershärte aus Tabellen abgelesen.

2.3 Härteprüfung nach Rockwell

Dann wurde die Härteprüfung nach Rockwell vorbereitet, es mußte der Prüfkörper ausgetauscht, sowie die Maschine auf Rockwell - Prüfung umgestellt werden. Die Prüfung selbst wurde folgendermaßen durchgeführt: die Probe wurde auf den Prüftisch gelegt und dieser soweit hochgefahren bis die Probe die Diamantspitze fast berührte. Dann wurde die Probe mit einer Vorlast von 10kp (=98N), durch weiteres Hochfahren des Prüftisches belastet. Eine Markierung in der, an der Maschine angebrachten Meßuhr, sichert die ordnungsgemäße Größe der Vorlast. Wenn diese erreicht ist, wird der Handhebel an der rechten Seite umgelegt und die Probe dadurch belastet. Sobald der Zeiger der Meßuhr nicht mehr steigt, ist der Handhebel in die Ausgangsposition zurück zuführen und die Rockwell - Härte läßt sich direkt an der Meßuhr ablesen. Auch diese Messung wurde 5 mal durchgeführt. Anschließend wurden die Proben unter dem Mikroskop fotografiert, die Aufnahmen sind im Anhang eingefügt.

3 Ergebnisse

3.1 Härteprüfung nach Brinell

Nachfolgende Tabelle bezieht sich auf eine ungehärtete Probe, die mit 30kp belastet wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Ergebnis dieses Versuchs lässt sich anführen, dass die Probe einen aus den einzelnen Brinellhärten gebildeten Mittelwert von 310HB 1/300/10 hat.

3.2 Härteprüfung nach Vickers

Nachfolgende Tabelle bezieht sich auf eine ungehärtete Probe, die mit 30kp belastet wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Ergebnis dieses Versuchs lässt sich anführen, dass die Probe einen aus den einzelnen Vickershärten gebildeten Mittelwert von 304HV 300/10 hat.

Nachfolgende Tabelle bezieht sich auf eine gehärtete Probe, die mit 50kp belastet wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Ergebnis dieses Versuchs lässt sich anführen, dass die Probe einen aus den einzelnen Vickershärten gebildeten Mittelwert von 844HV 500/10 hat.

3.3 Härteprüfung nach Rockwell

Nachfolgende Tabelle bezieht sich auf eine gehärtete Probe, die mit 150kp belastet wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Arithmetisches Mittel der Härte: 62,10 HRC

Anmerkung:

Beim 1. Versuch der Rockwellhärteprüfung wurde ein relativ niedriger Wert gemessen. Die Ursache dafür kann sein, dass der Messpunkt genau auf einem Riss in der Probe lag.