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Härteprüfung,

 

die Ermittlung der Härte eines Werkstoffs. Die ermittelte Härtezahl ist vom jeweiligen Verfahren abhängig; dieses muss daher bei den Angaben vermerkt werden. Das älteste statische Härteprüfverfahren ist das von F. Mohs für die Mineralogie geschaffene Verfahren (Härte), das aber nur noch dort verwendet wird, da es für Metalle zu ungenau ist. - Bei der von J. A. Brinell eingeführten Brinell-Härteprüfung wird eine gehärtete Stahlkugel von genormtem Durchmesser D (10 mm, 5 mm, 2,5 mm, 2 mm und 1 mm) mit einer festgelegten, in Newton (N) angegebenen Prüfkraft F für 10 bis 15 s senkrecht in die ebene Probenoberfläche eingedrückt und der Durchmesser d (in mm) des dabei entstehenden Eindrucks mikroskopisch auf 1/100 mm genau gemessen. Daraus lässt sich die Brinell-Härte (Formelzeichen HB ) als Quotient der 0,102fachen Prüfkraft und der Eindruckoberfläche berechnen (der Faktor 0,102 liefert Übereinstimmung mit den früher in kp/mm² angegebenen Härtezahlen). Der so gewonnene Zahlenwert wird mit der Abkürzung HB dahinter als Einheitenzeichen versehen.

 

Da bei der Brinell-Härteprüfung bei einem Härtegrad von mehr als 400 HB eine Abplattung der Prüfkugel auftritt, wurde 1925 in den Vickerswerken (gegründet 1828 von Edward Vickers, * 1804, ✝ 1897) ein Verfahren zur Prüfung größerer Härten entwickelt. Bei der Vickers-Härteprüfung wird als Eindringkörper eine vierseitige, regelmäßige Diamantpyramide mit 136º Spitzenwinkel zwischen den gegenüberliegenden Flächen benutzt und diese mit festgelegter Prüfkraft für eine festgelegte Einwirkdauer in die Probe gedrückt. Aus dem arithmetischen Mittelwert der mikroskopisch bestimmten Längen d₁ und d₂ der Eindruckdiagonalen wird die Vickers-Härte (Formelzeichen HV ) als Quotient der 0,102fachen Prüfkraft in N und der Eindruckoberfläche in mm² errechnet beziehungsweise meist unmittelbar entsprechend den Werten der Eindrucksdiagonalen aus Tabellen abgelesen. Wegen der Prüfkraftabhängigkeit der Vickers-Härte und weiteren Einflussfaktoren, die insbesondere bei kleinen Prüfkräften wirksam sind, hat sich die Unterteilung dieser Härte in die Bereiche Makro-(50-1 000 N), Kleinlast-(2-50 N), Mikro-(0,01-2 N) und Ultramikrohärte ( 0,01 N) eingebürgert. Zur Kennzeichnung wird das 0,102fache der Prüfkraft dem Formelzeichen HV nachgestellt. Bei der Knoop-Härte wird anstelle einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche eine solche mit rhombischer Grundfläche verwendet. Das Ausmessen der Härteeindrücke erfolgt zunehmend durch optoelektronische Bilderzeugung am Monitor eines Computers, in günstigen Fällen auch vollautomatisch.

 

Bei der registrierenden Härteprüfung wird die Kraft-Eindringtiefe-Kurve einer vierseitigen (Vickers-Indenter) oder dreiseitigen (Berkovich-Indenter) Pyramide gemessen. Aus der maximalen Prüfkraft und der maximalen Eindringtiefe lässt sich dann die Universalhärte (Formelzeichen HU) berechnen. Das Verfahren ist auch im Ultramikrohärtebereich anwendbar, wenn der Härteeindruck mit lichtoptischen Geräten nicht mehr abgebildet werden kann.

 

Beim 1931 entwickelten Rockwell-C-Verfahren wird als Eindringkörper ein Diamantkegel (C Abkürzung für englisch cone »Kegel«) mit abgerundeter Spitze und einem Kegelwinkel von 120º verwendet und in zwei Stufen in die Probe gedrückt, zuerst mit einer (den Einfluss der Probenoberfläche ausschaltenden) Vorlast von 98,1 N (= 10 kp), darauf mit der Prüfkraft von 1 372,9 N (= 140 kp). Nach Aufheben der Prüfkraft bei noch vorhandener Vorlast wird die Differenz zwischen den beiden Eindringtiefen als bleibende Eindringtiefe t_b ermittelt. Die Rockwell-Härte (Formelzeichen HRC ) wird als dimensionslose Größe HRC = 100 — t_b/0,002 angegeben (die Eindringtiefe t_b = 0,2 mm bei weichen Werkstoffen wird als Grenzwert mit der Härtezahl 0 festgesetzt und die Eindringspanne von 0,2 mm bis 0 mm in hundert gleiche Teile zu je 0,002 mm geteilt). Bei Werkstoffen geringer Härte, in die der Diamant tiefer als 0,2 mm eindringt, wird das Rockwell-B-Verfahren angewendet, bei dem als Eindringkörper eine gehärtete Stahlkugel (B Abkürzung für englisch ball »Kugel«) von 1,59 mm Durchmesser verwendet wird. Hier wird die Härte (Formelzeichen HRB ) als HRB = 130 — t_b/0,002 angegeben, wobei jetzt der Eindringtiefe t_b = 0,26 mm die Härtezahl 0 zugeordnet und die Eindringspanne zwischen 0,26 mm und 0 mm in 130 gleiche Teile zu je 0,002 mm unterteilt wird.

 

Können die statischen Härteprüfverfahren an einem Werkstoff nicht durchgeführt werden, so geben die mit Schlag beziehungsweise Rückprall arbeitenden dynamischen Härteprüfverfahren zumindest einen gewissen Aufschluss über die Härte. Hierzu zählen v. a. die Schlaghärteprüfung mit dem Poldi-Hammer (ergibt die Poldi-Härte, Formelzeichen HB_p), die Schlaghärteprüfung mit dem Kugelschlaghammer (Baumann-Hammer; ergibt die bedingt mit der Brinell-Härteprüfung übereinstimmende Schlaghärte) und die Rückprall-, Rücksprung- oder Fallhärteprüfung mit dem Skleroskop (Shore-Rückprallhärteprüfer; ergibt die Shore-, Rückprall-, Fall- oder Skleroskophärte), bei der die Härte einer Probe nach ihrer Elastizität beurteilt wird und bei der im Gegensatz zu den übrigen Härteprüfungen die bleibende Verformung von geringer Bedeutung ist. Bei dem Equotip (Energie-Quotienten-Rücksprung)-Verfahren wird mithilfe eines elektromagnetischen Sensors das Verhältnis von Aufprall- und Rückprallgeschwindigkeit einer gehärteten Stahlkugel gemessen und als Härtemaß angegeben. Das Ultraschall-Kontakt-Impedanz (UIC)-Verfahren beruht auf der Messung der Frequenzverstimmung einer vibrierenden Diamantspitze beim Aufsetzen auf den Prüfkörper.

 

Literatur:

 

W. Domke: Werkstoffkunde u. Werkstoffprüfung (¹⁰1986);

 

Härteprüfung an Metallen u. Kunststoffen, bearb. v. W. Weiler u. a. (1985).