Härteprüfung
Härteprüfungen sind unerlässlich, um Qualität und Sicherheit von Bauteilen zu gewährleisten. Denken Sie beispielsweise an ein Knochenimplantat: eine unzureichende Härte kann dazu führen, dass es während der Belastung im Körper bricht. Das würde zu schwerwiegenden Komplikationen führen, die durch Härteprüfverfahren verhindert werden.
Inhaltsverzeichnis
Wozu sind Härteprüfungen notwendig?
Härteprüfverfahren sind ein entscheidender Bestandteil der Qualitätskontrolle und Werkstoffprüfung in der Industrie. Sie dienen dazu, Mängel, die oft mit dem bloßen Auge nicht zu sehen sind, zu identifizieren und ermöglichen systematische Schadensanalysen. Dies ist vor allem für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften in der Forschungs- und Entwicklungsarbeit sowie der Fertigung unerlässlich. Denn die Härteprüfung ermöglicht es, Fehler in der Materialentwicklung frühzeitig zu erkennen und so die die Produktqualität zu verbessern.
Quality Analysis prüft die Härte Ihrer Probe
Bei der Prüfung der Härte kommt es in der Probe zur dauerhaften Verformung durch Eindringen eines Prüfkörpers in diese. Die Vermessung des Eindruckes gibt Auskunft über die Härte des Werkstoffs. Die Härte kann wiederum als Maß für die Festigkeit und den zu erwartenden Verschleiß herangezogen werden. Wir führen die Härteprüfung zumeist nach Vickers gemäß Norm DIN ISO 6507 durch, aber auch andere Härteprüfverfahren kommen zum Einsatz. Auf diese Weise können wir Proben aller Härtegrade – von weich bis hart – sowie metallische und nichtmetallische Bauteile analysieren. Ebenso überprüfen wir den Härteverlauf eines Werkstücks nach einer Wärmebehandlung. Die Bestimmung der Randschichthärte, Einsatzhärtungstiefe und der Nitrierhärtetiefe wird normkonform durchgeführt.
Rasche und zuverlässige
Messergebnisse
- Härteprüfung nach Vickers, Brinell, Knoop
- Bestimmung von Härteverlaufskurven
- Prüfung der Einsatzhärtungstiefe
- Bestimmung der Nitrierhärtetiefe
- Bestimmung der Schmelzhärtetiefe
- Mikrohärteprüfung
- Normkonforme Prüfung nach sämtlichen gängigen Normen
Härteprüfverfahren und was man darunter genau versteht
Bei Härteprüfungen handelt es sich um ein physikalisches Analyseverfahren zur Ermittlung der Festigkeit von Bauteilen und ein Teilgebiet der Metallographie. Diese beschäftigt sich mit der Untersuchung der inneren Struktur metallischer Werkstoffe. Die Härteprüfung beantwortet also, vereinfacht gesagt, die Frage: Wie hart ist das Material?
Unter der Härte versteht man den Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt. Dieser Widerstand kann Aufschluss über die Festigkeit, Verschleißfestigkeit und andere mechanische Eigenschaften eines Materials geben.
Die Härte von Materialien oder Werkstoffen kann sich aber unter bestimmten Bedingungen verändern, etwa durch Wärme oder die Art und Weise, wie Kräfte auf sie einwirken, also ob viel Kraft auf einmal oder durch langsame Steigerung ausgeübt wird.
Härte lässt sich außerdem nicht direkt messen, sondern wird aus den Messgrößen, die die Härteprüfung ergibt, abgeleitet. Das sind zum Beispiel Eindringungstiefe oder Eindrucksfläche – je nachdem, welches Härteprüfverfahren angewendet wird. Um diese Kennzahlen zu ermitteln, wird eine Prüfkraft auf die Oberfläche eines Materials ausgeübt und der resultierende Eindruck auf die Oberfläche vermessen.
Abhängig vom jeweiligen Härteprüfverfahren wird eine andere Maßeinheit angegeben. Die gängigsten Maßeinheiten für Härte sind Kilogramm-Kraft (kgf), Newton (N), Vickers-Härte (HV), Brinell-Härte (HBW), Knoop-Härte (HK) und Rockwell-Härte (HRA, HRB, HRC), je nach Verfahren und den spezifischen Skalen innerhalb des Rockwell-Verfahrens.
Die verschiedenen Arten von Härteprüfverfahren
Es wird zwischen verschiedenen Arten von Härteprüfverfahren unterschieden. Unter dynamischen Härteprüfungen versteht man solche, bei denen die Belastung schlagartig oder mit schnellen Laständerungen auf die Probe ausgeübt wird. Bei der statischen Härteprüfung bleibt die Belastung hingegen konstant oder nimmt allmählich zu.
Zudem wird zwischen zerstörenden und zerstörungsfreien Härteprüfungen unterschieden. Zerstörende führen zu einer dauerhaften Verformung und Beschädigung des Werkstoffs, während zerstörungsfreie nur zu einer leichten Verformung führen und das Prüfstück in seiner Funktion nicht beeinträchtigen.
Brinell-Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Brinell ist die Methode der Wahl zur Untersuchung weicher bis mittelharter Metalle und Werkstücke, die große, grobe oder inhomogene strukturelle Elemente aufweisen. Das Brinell-Verfahren ist besonders schonend zum Material. Durch den Einsatz einer Kugel mit bekanntem Durchmesser wird unter einer bestimmten Last ein Eindruck generiert. Dessen Durchmesser wird anschließend optisch gemessen.
Vickers-Härteprüfung
Bei diesem Verfahren wird die Probe am wenigsten beeinträchtigt. Durch den Einsatz einer Pyramide, die mit einem spezifischen Winkel und einer definierten Belastung auf das Prüfstück trifft, hinterlässt der Eindringkörper nur einen minimalen Eindruck. Wir führen die Vickers-Härteprüfung gemäß der Norm DIN ISO 6507 durch.
Für die Berechnung der Vickershärte (HV) wird die Diagonalenlänge des Abdrucks im Probenmaterial vermessen. Es handelt sich hierbei um ein zerstörungsfreies Verfahren, das sich durch die Präzision für eine Vielzahl an Materialien, von Mikrohärte bis Makrohärte, eignet.
Knoop-Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Knoop ist eine Alternative zum Vickers Verfahren mit geringer Prüfkraft und wird überwiegend zur Prüfung dünner Schichten eingesetzt. Als Eindringkörper wird ein pyramidenförmiger Diamant verwendet. Bei der Knoop Härtemessung werden die langen Diagonalen des Eindrucks bestimmt.
Rockwell-Härteprüfung
Dieses statische Härteprüfverfahren wurde als Schnelltest für große, hauptsächlich metallische Prüfstücke mit großer Härte entwickelt. Je nach Methode werden eine Diamant- oder Metallkugel in die Probe gepresst und deren Eindringtiefe gemessen. Hierfür wird kein optisches Auslesen angewandt und das Prüfstück kann im Anschluss weiterverwendet werden.
Wann eignet sich welche Härteprüfung am besten?
Die Wahl des richtigen Härteprüfverfahrens hängt von verschiedenen Faktoren ab, etwa dem Werkstoff, der Probengröße und der Oberflächenbeschaffenheit. Grundsätzlich lässt sich sagen: Bei der Vickers-Härteprüfung handelt es sich um die vielseitigste Methode, da bei ihr der Eindringkörper das Probestück nur wenig beeinträchtigt und sie sich dadurch für Messungen von Mikro- bis Makrohärte eignet. Deshalb ist sie auch ideal, um die Härte von Schweißnähten und dünnem Material zu messen. Zudem werden sämtlich Härteverläufe, wie zum Beispiel eine Einsatzhärtetiefe oder eine Nitrierhärtetiefe laut Norm in Vickers gemessen.
Während die Härteprüfung nach Rockwell am besten für große und grobe Probestücke geeignet ist, ist die Brinell-Härteprüfung ideal für weiche bis mittelharte Metalle und die Messung nach Knoop für Beschichtungen.
Die Anwendungsgebiete der Härteprüfung
Härteprüfungen werden in vielen Bereichen der Industrie und Forschung eingesetzt. Bei Quality Analysis werden Härteprüfungen zum Beispiel für folgende Branchen durchgeführt:
Automotive
Die Anforderungen an Komponenten und Bauteilgruppen in der Automobilindustrie sind hoch. Insbesondere die E-Mobilität verlangt nach immer leichteren (und somit dünnwandigeren) Bauteilen, die jedoch den gleichen Belastungen standhalten müssen wie herkömmliche Komponenten. Hier gibt eine Vickers- oder Brinell-Härteprüfung die Gewissheit, dass die Anforderungen Ihres Kunden erfüllt werden.
Medizintechnik
Ärzte müssen sich bei Ihrer Arbeit auf die zuverlässige Funktionsfähigkeit Ihrer Instrumente verlassen können. Noch höher sind die Ansprüche für Implantate: Einmal im Körper, müssen sie jahrelang zuverlässig ihre Aufgabe erfüllen. Durch die Härteprüfung von Schweißnähten und Lötstellen stellen wir sicher, dass die von Ihnen hergestellten Instrumente und Implantate allen Anforderungen gerecht werden.
Luft- und Raumfahrtindustrie
In der Luft- und Raumfahrt werden besonders hohe Anforderungen an die Festigkeit und Belastbarkeit von Bauteilen gestellt, schließlich hängt von der reibungslosen Funktion jeder Komponente eine Menge ab – nicht zuletzt auch die Gesundheit von Besatzung und Passagieren. Eine Härteprüfung nach Brinell oder Vickers gibt Ihnen die Sicherheit, dass Ihre Bauteile den extremen Belastungen standhalten, die im Einsatz in diesen Branchen regelmäßig auftreten.
So wird eine Härteprüfung durchgeführt
Prüfprozess – von der Probe bis zur Härtemessung
Der Härteprüfprozess umfasst die Vorbereitung der Probe und den eigentlichen Test. Je nach Verfahren unterscheidet sich der Prozess, der allgemeine Ablauf besteht aber aus folgenden Schritten.
Die Probe wird auf eine spezifische Oberflächenrauheit vorbereitet. Manchmal ist es nötig, die Probe zu reinigen oder plan zu schleifen. Anschließend werden am Prüfgerät der richtige Eindringkörper angebracht und die richtige Prüfkraft eingestellt – diese hängen vom Verfahren und dem Werkstoff ab. Dann wird die Probe der Belastung ausgesetzt und die Messgrundlage entsteht. Dabei kommt es ganz auf das Verfahren an, wie lange die Belastung andauert.
Je nach Verfahren werden Diagonalenlängen, Eindruckdurchmesser oder -tiefe mittels Messmikroskop oder Lasermikroskop ausgemessen. Die gemessene Eindringtiefe oder der Eindruckdurchmesser werden verwendet, um die Härte des Materials zu berechnen. Anschließend müssen die Werte noch durch die zum jeweiligen Verfahren passende Formel berechnet und analysiert werden. Alternativ kann ein Härtemessgerät verwendet werden.
Härteprüfungen sind unverzichtbar, um die Qualität und Sicherheit von Bauteilen verschiedener Industriezweige zu gewährleisten. Diese Verfahren ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Mängeln, die oft mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, und dienen der systematischen Schadensanalyse. Sie sind in vielen Industrien entscheidend dafür, dass Komponenten und Werkstoffe den hohen Anforderungen an Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißstabilität standhalten.
