Top-Themen

Thank you! Your submission has been received!

Oops! Something went wrong while submitting the form.

Härteprüfung

Du kennst aus dem Alltag sicherlich die Aussage: Das eine Material ist härter als das andere.

Was beschreibt die Härte bei Werkstoffen? Wie kannst du sie messbar machen, damit du verschiedene Materialien vergleichen kannst? Hier kommt die Härteprüfung ins Spiel. Es gibt verschiedene Verfahren, die sich für unterschiedliche Einsatzbereiche eignen.

simpleclub verschafft dir einen Überblick!

Härteprüfung einfach erklärt

Die Länge des Werkstücks kann gemessen und in einer allgemein bekannten Einheit angegeben werden: Millimeter.

Doch was ist die Einheit, um anzugeben, wie hart ein Werkstoff ist? Sie ist nicht so bekannt, wie das Längenmaß. Außerdem ist die Einheit abhängig vom Prüfverfahren, mit dem die Härte festgestellt wird.

In der Werkstofftechnik haben sich verschiedene Härteprüfverfahren etabliert, die jeweils ihre eigene Härte-Einheit besitzen.

Härteprüfung Definition

Der Widerstand, den ein Werkstück einem Eindringkörper entgegensetzt, heißt Härte. Eine Härteprüfung misst diesen Widerstand und gibt einen Härtewert aus.

Härteprüfung Erklärung

Härteprüfung nach Brinell

Bei der Härteprüfung nach Brinell dient eine Kugel aus Hartmetall als Prüfkörper. Dieser wird mit einer bestimmten Prüfkraft auf die Probe gedrückt. Es entsteht ein Abdruck der Kugel, dessen Durchmesser für die Berechnung der Brinellhärte relevant ist.

Um den Brinell-Härtewert zu berechnen, muss zunächst der mittlere Durchmesser d $d$ berechnet werden:

d=\frac{d_1+d_2}{2}

d=\frac{d_1+d_2}{2}

Anschließend wird die Oberfläche des Kugelabdrucks A $A$ benötigt. Dabei handelt es sich nicht um den einfachen Flächeninhalt eines Kreises, sondern um eine gewölbte Oberfläche des Abdrucks. Genauer gesagt, wollen wir die Oberfläche eines Kugelsegments berechnen. Dafür benötigen wir zusätzlich den Durchmesser D $D$ des Prüfkörpers. Die Formel für die Oberfläche des Kugelabdrucks lautet:

A=\frac{\pi}{2}\cdot D \cdot (D-\sqrt{D^2-d^2})

A=\frac{\pi}{2}\cdot D \cdot (D-\sqrt{D^2-d^2})

Nun haben wir alle Größen, um die Brinellhärte HBW $HBW$ zu berechnen:

HBW=\frac{0,102 \cdot F}{A}

HBW=\frac{0,102 \cdot F}{A}

Hinweis: Die Prüfkraft wird oft in Kilogramm \text{kg} $\text{kg}$ angegeben. In diesem Fall musst du sie mithilfe des Ortsfaktors 9,81 \frac{\text{N}}{\text{kg}} $9,81 \frac{\text{N}}{\text{kg}}$ in Newton \text{N} $\text{N}$ umrechnen.

Die Härteangabe nach Brinell beinhaltet nicht nur den Härtewert, sondern gibt weitere Informationen über die Prüfbedingungen an:

Mit der Härteprüfung nach Brinell lassen sich weiche und mittelharte Werkstoffe prüfen.

Härteprüfung nach Vickers

Bei der Härteprüfung nach Vickers kommt eine vierseitige Pyramide als Prüfkörper zum Einsatz. Wenn dieses durch eine Prüfkraft in die Probe gedrückt wird, entsteht ein Abdruck.

Ähnlich wie bei Brinell wird aus dem Abdruck eine mittlere Diagonale d $d$ berechnet:

d=\frac{d_1+d_2}{2}

d=\frac{d_1+d_2}{2}

Mithilfe der Prüfkraft F $F$ und einer festen Konstante ergibt sich der Härtewert nach Vickers:

HV=0,189 \cdot \frac{F}{d^2}

HV=0,189 \cdot \frac{F}{d^2}

Die Härteangabe nach Vickers erfolgt mit den folgenden Zusatzinformationen zum Versuch:

Die Vickers-Härteprüfung eignet sich für weiche und harte Werkstoffe.

Entdecke unseren AI Tutor

Hattest du Schwierigkeiten oder ist dir etwas noch nicht ganz klar? Chatte mit dem AI Tutor, um dieses Thema zu meistern!

Chatte mit dem AI Tutor, um dieses Thema zu meistern!

Härteprüfung nach Rockwell

Bei der Rockwellhärteprüfung kann je nach Härte des Prüfkörpers ein Kegel oder Kugel als Prüfkörper zum Einsatz kommen.

Die Funktionsweise der Härteprüfung ist ähnlich zu den anderen Härteprüfungen: Ein Prüfkörper wird auf eine Probe gedrückt und anschließend wird das Ergebnis analysiert.

Bei den zwei bisher kennengelernten Härteprüfverfahren war der Abdruck des Prüfkörpers für die Härtebestimmung wichtig. Bei Rockwell hingegen ist die Eindringtiefe des Prüfkörpers für die Berechnung des Härtewerts relevant. Das Prüfverfahren läuft nach den folgenden Schritten ab:

Die Prüfvorkraft wird aufgebracht.
Die Messung der Eindringtiefe wird auf Null gestellt.
Die zusätzliche Prüfkraft wird aufgebracht, der Prüfkörper dringt weiter in das Werkstück ein.
Die Prüfkraft wird weggenommen. Je nach Härte des Werkstoffs wird nun der Härtewert mithilfe der bleibenden Eindringtiefe h $h$ berechnet.

Je nach Härte des Werkstoffs, kommen unterschiedliche Prüfkörper und Prüfkräfte zum Einsatz. Außerdem unterscheidet sich die Formel zur Berechnung des Härtewerts für weiche und harte Werkstoffe.

Prüfung	Werkstoff- härte / Prüfkörper	Prüfkraft und Formel
HRA	hart / Kegel	F=490,3 \text{ N} $F=490,3 \text{ N}$ HRA =100-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}} $HRA =100-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}}$
HRC	hart / Kegel	F=1373 \text{ N} $F=1373 \text{ N}$ HRC =100-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}} $HRC =100-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}}$
HRB	weich / Kugel	F=882,6 \text{ N} $F=882,6 \text{ N}$ HRB =130-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}} $HRB =130-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}}$
HRF	weich / Kugel	F=490,3 \text{ N} $F=490,3 \text{ N}$ HRF =130-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}} $HRF =130-\frac{100 \cdot h}{0,2\text{ mm}}$

Die Härteangabe nach Rockwell enthält den Härtewert und das entsprechende Prüfverfahren.

Härteprüfung nach Martens

Die Martenshärteprüfung ist die letzte der vier wichtigsten Härteprüfverfahren.

Als Prüfkörper kommt eine Pyramide aus Diamant zum Einsatz.

Wie bei der Rockwellprüfung, ist bei Martens die Eindringtiefe des Prüfkörpers in die Probe für die Berechnung des Härtewerts entscheidend.

Die Eindringtiefe h $h$ wird bei Erreichen der maximalen Prüfkraft gemessen. Mithilfe der folgenden Formel kann der Martens-Härtewert berechnet werden:

HM=\frac{F}{26,43 \cdot h^2}

HM=\frac{F}{26,43 \cdot h^2}

Die Härteangabe nach Martens enthält noch zusätzliche Prüfeigenschaften, wie die Aufbring- und Haltezeit. Die Angabe dieser Eigenschaften ist optional.

Bei der Martens-Härteprüfung wird zusätzlich zur maximalen Eindringtiefe h_{max} $h_{max}$ auch die Eindringtiefe h_{min} $h_{min}$ gemessen, die nach Entfernung der Prüfkraft zurückbleibt.

Durch das Verhältnis \frac{h_{max}}{h_{min}} $\frac{h_{max}}{h_{min}}$ kann eine Aussage über das plastisch-elastische Werkstoffverhalten getroffen werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber den anderen Härteprüfverfahren.

Die Martens-Härteprüfung ist für weiche bis sehr harte Werkstoffe geeignet.

Härteprüfverfahren im Vergleich

In Werkstofflaboren kommen universelle Härteprüfmaschinen zum Einsatz. Sie beinhalten die wichtigsten Härteprüfverfahren. Die verschiedenen Prüfkörper werden durch einen Werkzeugrevolver zur Verfügung gestellt.

In der folgenden Animation kannst du dir die Funktion einer universellen Härteprüfmaschine anschauen:

Je nach Härte der Probe, ist ein anderes Prüfverfahren am besten geeignet. Der folgenden Grafik kannst du die Einsatzbereiche der jeweiligen Härteprüfverfahren entnehmen.

Die Vickers- und Martenshärteprüfung sind am universellsten einsetzbar.

Härteprüfverfahren im Vergleich: Links weich, rechts hart

Härteprüfung Zusammenfassung

Um die Härte eines Werkstoffs messbar zu machen, haben sich vier Härteverfahren etabliert. Sie haben jeweils unterschiedliche Härteeinheiten und verschiedene Prüfverfahren.

Brinell-Härteprüfung (HBW):

Prüfkörper:
Kugel
Relevante Messgröße:
Mittlerer Durchmesser d $d$ des Kugel-Abducks
Geeignet für:
harte und weiche Werkstoffe

Vickers-Härteprüfung (HV):

Prüfkörper:
Pyramide
Relevante Messgröße:
Mittlere Diagnonale d $d$ des Pyramiden-Abdrucks
Geeignet für:
harte und weiche Werkstoffe

Rockwell-Härteprüfung (HRA, HRB, HRC, HRF):

Prüfkörper:
Kegel oder Kugel (je nach Härte)
Relevante Messgröße:
Bleibende Eindringtiefe h $h$ nach Aufbringen der zusätzlichen Prüfkraft
Geeignet für:
harte (HRA, HRC) und weiche (HRB, HRF) Werkstoffe

Martens-Härteprüfung (HM)

Prüfkörper:
Pyramide
Relevante Messgröße:
Eindringtiefe h $h$ des Prüfkörpers in die Probe
Geeignet für:
harte und weiche Werkstoffe

No items found.

simpleclub ist am besten in der App.

Mit unserer App hast du immer und überall Zugriff auf: Lernvideos, Erklärungen mit interaktiven Animationen, Übungsaufgaben, Karteikarten, individuelle Lernpläne uvm.

Web-Version

Top-Themen

Get the best learning hacks!

Härteprüfung