Die Härte metallischer Materialien bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, lokaler Verformung, insbesondere plastischer Verformung, Einkerbung oder Kratzern, zu widerstehen. Es ist ein Indikator für die Weichheit oder Härte des Materials.
Basierend auf den Prüfmethoden wird die Härte in drei Typen unterteilt.
Kratzhärte: Dies wird hauptsächlich zum Vergleich der Härte verschiedener Mineralien verwendet. Die Methode besteht darin, einen Stab zu verwenden, dessen eines Ende hart und das andere weich ist, und den Stab dann über das zu prüfende Material zu ziehen. Die Stelle, an der Kratzer auftreten, bestimmt die Härte des Materials. Qualitativ gesehen hinterlässt ein härteres Objekt einen längeren Kratzer, während ein weicheres Objekt einen kürzeren Kratzer hinterlässt.
Eindruckhärte: Dies wird hauptsächlich für metallische Materialien verwendet. Bei dieser Methode wird eine bestimmte Kraft ausgeübt, um einen bestimmten Eindringkörper in das zu prüfende Material zu drücken. Die Härte des Materials wird durch das Ausmaß der lokalen plastischen Verformung an der Oberfläche bestimmt. Aufgrund der Schwankungen des Eindringkörpers, der Belastung und der Dauer der Belastung gibt es verschiedene Arten von Eindruckhärteprüfungen, darunter unter anderem Brinell-Härte, Rockwell-Härte, Vickers-Härte und Mikrohärte.
Rückprallhärte: Dies wird hauptsächlich für metallische Materialien verwendet. Bei dieser Methode lässt man einen speziell entwickelten Hammer aus einer bestimmten Höhe frei fallen und schlägt auf die Probe des zu prüfenden Materials. Die Härte des Materials wird durch die Menge an Dehnungsenergie bestimmt, die die Probe während des Aufpralls absorbiert (und dann wieder abgibt), die an der Höhe gemessen wird, auf die der Hammer zurückprallt.
Die gebräuchlichsten Härteprüfungen für metallische Werkstoffe – Brinell-Härte, Rockwell-Härte und Vickers-Härte – fallen in die Kategorie der Eindruckhärte. Der Härtewert stellt die Fähigkeit des Materials dar, einer plastischen Verformung zu widerstehen, wenn ein anderer Gegenstand in seine Oberfläche gedrückt wird. Rückprallhärtetests (Shore, Leeb) messen die Härte anhand des Ausmaßes der elastischen Verformung des Metalls, wobei der Härtewert die Fähigkeit des Materials zur elastischen Verformung angibt.
Brinellhärte
Ein Eindringkörper mit einem DurchmesserDEine aus gehärtetem Stahl oder Hartmetall gefertigte Kugel wird mit der entsprechenden Prüfkraft in die Oberfläche des Prüflings gedrücktF. Nach der angegebenen Haltezeit wird die Prüfkraft entfernt, es entsteht ein Eindruck mit einem Durchmesserd. Der Brinell-Härtewert wird berechnet, indem die Prüfkraft durch die Oberfläche des Eindrucks dividiert wird. Der resultierende Wert ist die Brinellhärte, bezeichnet alsHBSoderHBW.
HDer Unterschied zwischenHBSUndHBWliegt in der Art des verwendeten Eindringkörpers.HBSbezieht sich auf einen Test mit einer gehärteten Stahlkugel als Eindringkörper, der typischerweise zur Messung von Brinell-Härtewerten in Materialien mit einer Härte unter 450 verwendet wird, wie z. B. weiche Stähle, Grauguss und Nichteisenmetalle.HBW, hingegen verwendet eine Hartmetallkugel als Eindringkörper und wird zur Messung von Brinell-Härtewerten in Materialien mit einer Härte unter 650 verwendet.
Für das gleiche Teststück und unter identischen Testbedingungen werden die Ergebnisse der beiden Methoden unterschiedlich seinHBWWerte sind oft höher alsHBSWerte. Es besteht jedoch kein fester quantitativer Zusammenhang zwischen beiden.
Seit 2003 hat China den internationalen Standard übernommen und die Verwendung von gehärteten Stahlkugeln durch Hartmetallkugeln für die Brinell-Härteprüfung ersetzt. Infolge,HBSwird nicht mehr verwendet, undHBWist zur Standardbezeichnung für die Brinellhärte geworden. In vielen FällenHBwird allein verwendet, um die Brinell-Härte darzustellen, was sich typischerweise auf beziehtHBW. Jedoch,HBSkann immer noch in mancher Literatur und wissenschaftlichen Arbeiten vorkommen.
Die Brinell-Härteprüfung eignet sich für Materialien wie Gusseisen, Nichteisenlegierungen und verschiedene geglühte oder gehärtete Stähle. Es eignet sich nicht zum Testen von Materialien, die zu hart, zu klein oder zu dünn sind, oder von Proben, die große Vertiefungen auf ihrer Oberfläche nicht vertragen.
Rockwell-Härte
Die Methode verwendet einen Diamantkegel-Eindringkörper mit einem Spitzenwinkel von 120 Grad oder eine gehärtete Stahlkugel als Eindringkörper in Kombination mit einer spezifischen Lastkonfiguration. Der Test beginnt mit einer Anfangslast von 10 kgf, gefolgt von der Anwendung einer Gesamtlast (die sich aus der Summe der Anfangslast und der Hauptlast ergibt) von 60, 100 oder 150 kgf. Der Eindringkörper wird unter diesen Belastungen nacheinander in die Probe gedrückt. Nachdem die Gesamtlast aufgebracht wurde, wird die Härte durch den Unterschied in der Eindringtiefe zwischen der Tiefe unter der Anfangslast und der Tiefe unter der Gesamtlast bestimmt, sobald die Hauptlast entfernt wird, während die Anfangslast bestehen bleibt.
Diese Methode wird typischerweise verwendet inRockwell-HärteTesten. Aus der Eindringtiefe unter der Anfangsbelastung und der Gesamtbelastung wird der Härtewert berechnet, der den Widerstand des Materials gegen Eindrückung unter beiden Belastungen widerspiegelt.
Bei der Rockwell-Härteprüfung werden drei unterschiedliche Prüfkräfte und drei Arten von Eindringkörpern verwendet, wodurch sich neun mögliche Kombinationen ergeben, die jeweils einer der neun Rockwell-Härteskalen entsprechen. Diese neun Skalen decken nahezu alle gängigen metallischen Werkstoffe ab. Die am häufigsten verwendeten Skalen sindHRA, HRB, UndHRC, mitHRCam weitesten verbreitet ist.
Gemeinsame Standardtabelle für Rockwell-Härteprüfungen
|
Härtesymbole |
Arten von Einrückern |
F/N(kgf) |
Härtebereich |
Anwendungen |
|
HRA |
120 Grad Diamantkegel |
588.4(60) |
20~88 |
Hartmetall-, Cermet- und oberflächengehärtete Stähle |
|
HRB |
Ø1.588mm Kugel aus gehärtetem Stahl |
980.7(100) |
20~100 |
Geglühte und normalisierte Stähle, Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Gusseisen |
|
HRC |
120 Grad Diamantkegel |
1471(150) |
20~70 |
Vergüteter Stahl, gehärteter Stahl und tief oberflächengehärteter Stahl |
DerHRC-Skalawird typischerweise für Härtewerte im Bereich von 20 bis 70 HRC verwendet. Bei einem Härtewert unter 20 HRC nimmt die Empfindlichkeit des Tests ab, da die konische Spitze des Eindringkörpers zu tief in das Material eindringt. In diesem Fall ist dieHRB-Skalastattdessen verwendet werden, da es für weichere Materialien besser geeignet ist.
Wenn die Härte der Probe 67 HRC überschreitet, wird der Druck an der Spitze des Eindringkörpers zu hoch, was den Diamanten beschädigen und die Lebensdauer des Eindringkörpers erheblich verkürzen kann. Daher wird generell empfohlen, auf die umzusteigenHRA-Skalafür Materialien mit einer Härte größer als 67 HRC.
Der Rockwell-Härtetest ist einfach zu bedienen, schnell und erzeugt kleine Eindrücke, wodurch er sich für die Prüfung von fertigen Produktoberflächen sowie härteren und dünneren Werkstücken eignet. Aufgrund des kleinen Eindrucks kann der Härtewert bei Materialien mit ungleichmäßiger Mikrostruktur oder Härte stärker schwanken, was zu einer geringeren Genauigkeit im Vergleich zur Brinell-Härteprüfung führt. Der Rockwell-Härtetest wird üblicherweise zur Messung der Härte von Stählen, Nichteisenmetallen, Hartmetallmaterialien und anderen Legierungen verwendet.
Vickers-Härte
Das Prinzip der Vickers-Härtemessung ähnelt dem der Brinell-Härte. Es wird ein Diamantpyramiden-Eindringkörper mit einem Öffnungswinkel von 136 Grad und einer festgelegten Prüfkraft verwendetFwird auf die Materialoberfläche aufgetragen. Nachdem die Last über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten wurde, wird die Prüfkraft entfernt. Der Härtewert wird durch den durchschnittlichen Druck bestimmt, der auf die Flächeneinheit der quadratischen Pyramidenvertiefung ausgeübt wird, und der Härtewert wird durch das Symbol angegebenHV.
Der Vickers-Härtetest verfügt über einen großen Messbereich und ist in der Lage, Materialien mit Härtewerten von zu messen10 bis 1000 HV. Der Eindruck ist klein und eignet sich daher besonders für die Messung dünnerer Materialien und oberflächengehärteter Schichten, wie z. B. aufgekohlter oder nitrierter Oberflächen.
Leeb-Härte
Bei der Leeb-Härteprüfung wird ein Schlagkörper mit einem Kugeleindringkörper aus Wolframkarbid verwendet, der mit einer bestimmten Kraft auf die Oberfläche der Probe trifft und diese zurückprallt. Aufgrund der unterschiedlichen Härte des Materials ist die Rückprallgeschwindigkeit unterschiedlich. Das Schlaggerät ist mit einem Permanentmagneten ausgestattet und während sich der Schlagkörper auf und ab bewegt, erzeugt die umgebende Spule ein elektromagnetisches Signal, das proportional zur Rückprallgeschwindigkeit ist. Dieses Signal wird dann über eine elektronische Schaltung in den Leeb-Härtewert umgewandelt und der Wert wird durch das Symbol angezeigtHL.
Für den Leeb-Härteprüfer ist keine Werkbank erforderlich; Sein Härtesensor ist so klein wie ein Stift und kann direkt mit der Hand bedient werden. Dadurch können große, schwere Werkstücke oder geometrisch komplexe Proben problemlos geprüft werden.
Ein weiterer Vorteil des Leeb-Härteprüfgeräts besteht darin, dass es nur sehr geringe Oberflächenschäden am Produkt verursacht und in manchen Fällen sogar verwendet werden kannzerstörungsfreie Prüfung. Es ist besonders einzigartig für Härteprüfungen in verschiedenen Richtungen, in engen Räumen und in speziellen Bereichen, in denen die Anwendung anderer Methoden möglicherweise schwierig ist.
