Härteprüfung

Da wir Präzisionsrohre herstellen, ist es enorm wichtig für unseren Betrieb, die Legierungen einer Härteprüfung zu unterziehen. Wir messen die Härte unserer Qualitätsrohre als Teil unserer Qualitätskontrollprozesse. Diese Prüfungen sind kostengünstig, relativ einfach durchzuführen und zerstören in der Regel nicht die zu prüfenden Teile.

Härte ist die Fähigkeit eines Materials, Kratzern oder Eindrücken auf der Materialoberfläche zu widerstehen. Da die Härte keine grundlegende Materialeigenschaft ist, ändern sich die entsprechenden Werte auch je nach Prüfmethode. Daher wenden wir verschiedene Prüfmethoden an, je nachdem welche Legierung geprüft wird und welche Art von Rohr hergestellt wird.

Das Grundprinzip ist, dass die Härte an einem Eindruck gemessen wird, der im Werkstück entsteht, wenn eine Dauerlast auf einen Eindringkörper ausgeübt wird, welcher für einen bestimmten Zeitraum die Oberfläche des Prüflings berührt. Für die Prüfung von Rohren mit dünnen Wänden oder kleinen Durchmessern sind die gebräuchlichen Prüfmethoden, wie zum Beispiel die Rockwell-Härteprüfung, nicht ideal, weil die vergleichsweise hohe Last (90 kg) die Oberflächen deformieren oder sogar die Rohrwand durchbrechen kann. Es kann auch passieren, dass der Kugeleindruck aufgrund der gerundeten Oberfläche abrutscht. Die Vickers-Härteprüfung wird hingegen für solche Zwecke als deutlich genauer angesehen. Bei einer Prüfung mit der Vickers-Methode wird jedoch oft ein ähnlicher Wert wie auf der Rockwell-Skala angestrebt. Dieser Zusammenhang ist nicht linear und Vergleichsmaßstäbe unterscheiden sich subjektiv und zwischen verschiedenen Metallen.

Fine Tubes hat gemeinsam mit dem britischen National Physics Laboratory Nachforschungen angestellt, um mit verschiedenen Prüfmethoden einen sinnvollen Vergleichsmaßstab zwischen den verschiedenen Härteskalen zu finden. Im Folgenden präsentieren wir einen Überblick über die üblichsten Härteprüfmethoden im Vergleich.

Härteumwandlungstabelle

Vergleich von ungefähren Härteskalen und ungefährer Entsprechung der Zugspannung (max. Wert) in britischen und metrischen Einheiten.

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Brinell-Härteprüfung

Eine gehärtete Stahl- oder Wolframkarbidkugel wird über einen festgelegten Standardzeitraum (10 bis 15 Sekunden) unter einer Standardlast auf die Oberfläche gepresst. Nachdem die Last entfernt wird, wird der runde Eindruck in zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden Richtungen gemessen und der Durchschnitt aus beiden Werten ermittelt. Der Brinell-Härtewert (HB) wird dann folgendermaßen berechnet:

HB = Angewandte Last /Oberflächeneindruck (mm²)

Bei weichem Material und einer großen Last kann der Eindringkörper theoretisch so tief eingedrückt werden, dass er einen Eindruck d = D erzeugt. Um genaue Brinell-Werte zu erhalten, muss die Beziehung d = 0,25D bis 0,50D aufrechterhalten werden. Daher werden der Balldurchmesser und die angewandte Last für das zu prüfende Material angegeben. Ein Beispiel für Stahl:

F/D= 30

Die Brinell-Härteprüfung hat die folgenden Beschränkungen:

  1. Der Eindruck ist groß (üblicherweise mit einem Durchmesser von 2 bis 4 mm) und kann somit die Spannung in den Komponenten noch erhöhen. Auch die äußere Erscheinung kann das Verfahren ungeeignet machen, z. B. an einem Karosserieblech, während das Aussehen an einem Zylinderblock nicht von Bedeutung ist.
  2. Die große Tiefe des Eindrucks schließt zum Beispiel die Verwendung auf oberflächengehärteten Komponenten aus, da der Eindruck auch das darunterliegende Gefüge messen würde.
  3. Sehr harte Materialien können außerdem den Eindringkörper verformen. Aus diesem Grund wird die Brinell-Härteprüfung auf Materialien mit bis zu 450 HB für eine Prüfung mit Stahlkugel und 600 HB für eine Prüfung mit Wolframkarbidkugel beschränkt.

Vickers-Härteprüfung

Der Vickers-Eindringkörper ist eine Diamantpyramide mit quadratischer Grundform und einem eingeschlossenen Winkel von 136°. Er wurde entwickelt, um die Nachteile der Brinell-Prüfmethode zu kompensieren, die einen kugelförmigen Eindringkörper verwendet. Die Vickershärte (HV) ist ebenso abhängig von der angewandten Last auf dem Eindringkörper sowie der Größe des resultierenden Eindrucks im zu prüfenden Material.

Der Vorteil von 0 = 136° ist, dass HP ≈ HV, bis ca. 300. Die Vickers-Härteprüfung weist im Vergleich zur Brinell-Prüfmethode die folgenden Vorteile auf:

  1. Sie eignet sich sowohl für harte als auch für weiche Materialien.
  2. Es ist nicht nötig, das Verhältnis F/D² für das Material zu verwenden, da alle Eindrücke geometrisch ähnlich sind. Das einzige Kriterium für die Auswahl der Last bei dieser Methode ist, dass der Eindruck groß genug sein muss, um einen deutlichen Wert ablesen zu können. Der Vickershärtebereich ist proportional, so dass ein Material mit HV 400 doppelt so hart ist wie ein Material mit einem HV-Wert von 200.

Die Grenzen der Vickers-Härteprüfung:

  1. Der Eindruck ist sehr klein (mit bloßem Auge schwer zu erkennen). Daher muss die Oberfläche des Prüfkörpers mit Siliziumkarbid-Papier glatt poliert werden und senkrecht zum Eindringkörper gesichert werden.
  2. Es dauert vergleichsweise lange, die Vickers-Härteprüfung durchzuführen.

Rockwell-Härteprüfung

Die Rockwell-Härteprüfung unterscheidet sich dahingehend von den anderen Härteprüfmethoden, dass die Tiefe des Eindrucks in Bezug auf die Härte und nicht basierend auf dem Durchmesser des Eindrucks gemessen wird. Aus diesem Grund geht die Messung viel schneller von statten, da die Rockwell-Maschine so entwickelt wurde, dass sie die Tiefe des Eindrucks durch den Eindringkörper aufzeichnet. Es gibt viele verschiedene Rockwell-Messskalen, aber die folgenden werden am Häufigsten verwendet:

B-Skala (Eindringkörper mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll; 100 kg Last), verwendet, um die Härte (HRB) von Nichteisenmetallen zu messen.

C-Skala (Eindringkegel mit 120° Durchmesser (BRALE genannt); 150 kg Ladung), verwendet, um die Härte (HRC) von Stählen zu messen.

Die Vorteile der Rockwell-Härteprüfung:

  1. Die Prüfung kann schnell durchgeführt werden und in Fertigungsstraßen integriert werden, wo sie für eine Komponentenreihe zur Qualitätskontrolle eingesetzt werden kann.
  2. Die Größe des Eindrucks liegt zwischen der von Vickers und Brinell. Zu einem bestimmten Grad werden Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche ausgeglichen.

Sie ist nicht so genau wie die Vickers-Härteprüfung, welche in der Regel von Technologen in Forschung und Entwicklung bevorzugt wird.

Vergleich der am häufigsten verwendeten Härteprüfmethoden

Prüfung Eindringkörper Last Typische Anwendungen
Brinell (HB) Stahl- oder Wolframkarbidkugel mit 1–10 mm Durchmesser Bis zu 3000 kg je nach F/D² Verhältnis des Materials Geschmiedete, gewalzte, gegossene Komponenten in Eisen- und Nicht-Eisen-Legierungen
Vickers (HV) Diamantpyramide mit quadratischer Grundform 1-120 kg Keramik und alle Metalllegierungen erfordern eine Vorbereitung der Oberfläche
Rockwell
B-Skala (HRB)
Stahlkugel mit 1/16 Zoll Durchmesser 10 kg kleine Last
100 kg große Last
Stahl mit geringer Festigkeit und Nichteisenstahl bis HV 240
Rockwell
C-Skala (HRC)
Brale-Diamantkegel 10 kg kleine Last
150 kg große Last
Alle Metalle mit vergüteter Oberfläche oder Ähnlichem.
Hochfeste Stahlsorten zwischen HV 240 und 1000.

Haftungsausschluss: Die hier ausdrücklich oder stillschweigend dargebotenen Informationen dienen lediglich Ihrer Orientierung und sind nicht als Garantie für einzelne Anwendungen ausgelegt.

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