Download PDF (1 Mb) - Struers
Download PDF (1 Mb) - Struers
Download PDF (1 Mb) - Struers
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
Härteprüfung und<br />
Probenpräparation<br />
1. Einleitung<br />
Die Härteprüfung ist eine wichtige Prüfmethode,<br />
um Materialien zu bewerten,<br />
Qualitätskontrollen in der Produktion oder<br />
Analysen in der Forschung und Entwicklung<br />
durchzuführen. Mittels der Härteprüfung<br />
können Rückschlüsse auf Materialeigenschaften<br />
wie Festigkeit, Duktilität oder<br />
Verschleißfestigkeit gezogen werden.<br />
In dieser Application Note wird die Härte<br />
wie folgt definiert:<br />
Unter der Härte wird der Materialwiderstand<br />
bis hin zur Verformung verstanden,<br />
wenn ein härterer Eindringkörper in ein<br />
weicheres Material eindringt. Das Ergebnis<br />
ist abhängig von der Prüfmethode, z. B.<br />
von der Prüfkraft und -dauer, vom Eindringkörper<br />
(Geometrie/Material), sowie<br />
der Anwendung der Prüfmethode. Die<br />
anzuwendende Prüfmethode ist abhängig<br />
vom Material, der Werkstücksgröße und<br />
dem Behandlungszustand. Daher sollte<br />
das Ergebnis immer in Verbindung mit der<br />
angewendeten Prüfmethode angegeben<br />
werden.<br />
Es gibt verschiedene standardisierte Prüfmethoden,<br />
die zuverlässige Ergebnisse<br />
liefern. Abweichungen von Standardbedingungen,<br />
wie beispielsweise die Prüfdauer,<br />
sollten im Prüfprotokoll vermerkt werden.<br />
Während der Härteprüfung ist es wichtig,<br />
die Parameter unter Kontrolle zu halten, die<br />
Einfluss auf den Messwert<br />
haben, um Präzision und<br />
Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.<br />
Bei Metallen wird die Härte<br />
meist durch sogenannte<br />
Härteeindruck-Prüfverfahren<br />
ermittelt. Zu den bekanntesten<br />
Prüfmethoden<br />
in diesem Bereich zählen<br />
Rockwell, Vickers, Brinell<br />
und Knoop. Bei der Rockwell Prüfung wird<br />
die Eindrucktiefe für die Messung<br />
der Härte zu Grunde gelegt, während bei<br />
Vickers, Brinell und Knoop eine optische<br />
Vermessung der Eindruckgröße vorgenommen<br />
wird. Es sind verschiedene Normen<br />
für alle Prüfmethoden definiert, welche die<br />
Abläufe/ Anforderungen der Härteprüfungen<br />
genau beschreiben.<br />
Die Messung der Härte kann Informationen<br />
über das Material liefern und als Qualitätskontrolle<br />
nach der Bearbeitung oder<br />
der Wärmebehandlung eingesetzt werden.<br />
Härteprüfungen werden durchgeführt, um<br />
die Härtbarkeit eines Stahls mittels der<br />
Jominy Prüfungen zu ermitteln, die Einhärtetiefe<br />
von oberflächengehärteten Bauteilen<br />
zu definieren und zur Prüfung von<br />
Schweißverbindungen.<br />
Ebenfalls gibt es einen Zusammenhang<br />
zwischen der Härte und der Zugfestigkeit<br />
wodurch eine Abschätzung der mechanischen<br />
Eigenschaften möglich ist [1, 2].<br />
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit<br />
besteht bei Keramik/ keramischen Verbundwerkstoffen<br />
/ gesinterten Karbiden,<br />
etc., wobei der Bruchzähigkeit durch die<br />
Vickers Härteprüfungen, basierend auf<br />
Palmqvist’s Methode bestimmt werden<br />
kann [3].<br />
Weitere Anwendungen der Härteprüfung:<br />
- Die Skleroskop-Härteprüfung ist ein<br />
dynamischer Test, bei dem die Härte über<br />
die Rückprallhöhe eines Fallhammers<br />
bestimmt wird.<br />
- Für Mineralien der Ritzhärteversuch,<br />
bei dem ein härteres Mineral auf ein<br />
weicheres kratzt.<br />
Application<br />
Notes<br />
DuraPro 200 – Universelles Härteprüfgerät, integriert<br />
in eine Produktionslinie.<br />
- Instrumentierte Eindruckhärteprüfung<br />
(Martenshärte) zur Bestimmung der Härte<br />
und des Elastizitätsmoduls. Währen der<br />
Belastungs- und Endlastungsphase wird<br />
kontinuierlich die Kraft- Eindringtiefenkurve<br />
erfasst, wodurch das E-Modul<br />
bestimmt werden kann.<br />
- Verschiedene Eindruckhärteprüfungen<br />
können ebenfalls für die Kunststoffhärte<br />
prüfungen angewendet werden, z. B.<br />
Shore (Durometer), Rockwell, Kugelein<br />
druck-Härteprüfungen und Barcol.<br />
Diese Application Note bezieht sich<br />
schwerpunktmäßig auf die Härteprüfung<br />
von Metallen, die mechanische Probenpräparation<br />
und die Einflussfaktoren, die<br />
sich auf das Härteprüfergebnis auswirken<br />
können.
a)<br />
a)<br />
2. Präparation<br />
Problem: 1<br />
Bei der Probenpräparation kann es schwierig<br />
sein, plan-parallele Probenoberflächen<br />
zu erreichen, siehe Abbildung 1. Beispielsweise<br />
bei Vickers (Beschreibung siehe<br />
Kapitel 3, Seite 5), dürfen die zwei gemessenen<br />
Diagonalen nicht mehr als 5% voneinander<br />
abweichen. Der Eindringkörper<br />
sollte senkrecht zur Probenoberfläche eindringen<br />
und darf nicht mehr als 2° davon<br />
abweichen, um ein zuverlässiges Ergebnis<br />
zu erzielen.<br />
a)<br />
b)<br />
Abbildung 2: Spannvorrichtungen um Proben während<br />
der Härteprüfung zu fixieren, a) 1 x 40 mm Ø,<br />
b) 6 x 30 mm Ø.<br />
MAXSO<br />
b)<br />
Abbildung 4: Vickers Eindrücke auf identisch rauer<br />
Probenoberfläche (9µm) für a) gehärteter Stahl 715 HV<br />
10 und b) 0.5% Kohlenstoffstahl 180 HV 10. 17% des<br />
Kohlenstoffstahl-Eindrucks kann aufgrund der rauen<br />
Oberfläche nicht verwendet werden, während beim<br />
gehärteten Stahl keine Probleme auftreten.<br />
b)<br />
Abbildung 3:<br />
Probenhalter<br />
MAXCY<br />
Materialien tiefere Kratzer bzw. größere<br />
Deformationen an der Probenoberfläche<br />
verursachen, als bei härteren Materialien,<br />
siehe Abbildung 4.<br />
Abbildung 1: Zeichnung einer<br />
a) unebenen Probe, b) planparallelen Probe<br />
Lösung: 1<br />
Zur Fixierung der Proben empfiehlt sich<br />
eine Spannvorrichtung, die den Eindringkörper<br />
senkrecht auf die Probenoberfläche<br />
eindringen lässt, siehe Abbildung 2. Falls<br />
keine Spannvorrichtung verfügbar ist,<br />
muss die mechanische Probenpräparation<br />
zu einem plan-parallelen Ergebnis führen,<br />
siehe Abbildung 1b. Es ist möglich die<br />
Spannvorrichtung MAXSO mit planer<br />
Oberfläche zu verwenden, siehe Abbildung<br />
3, bei der die Proben mit doppelseitigem<br />
Klebeband befestigt werden. Bei der Verwendung<br />
von MAXSO ist es wichtig, dass<br />
die Proben etwa die gleiche Höhe haben.<br />
Wird der Probenhalter MAXCY genutzt,<br />
siehe Abbildung 3, hängt die Planität stark<br />
davon ab, wie der Anwender die Proben in<br />
den Probenhalter eingespannt hat.<br />
Problem: 2<br />
Wenn die Probenoberfläche nicht plan<br />
genug ist, kann die Auswertung des Eindrucks<br />
schwierig werden, besonders bei<br />
automatischer Auswertung. Eine saubere,<br />
reflektierende Probenoberfläche wird<br />
benötigt. Ebenso ist es wichtig, dass die<br />
Probenpräparation keinen Einfluss auf die<br />
Materialeigenschaften hat. Die erforderliche<br />
Oberflächenpräparation ist abhängig von<br />
der Prüfmethode und der anzuwendenden<br />
Prüfkraft. Mikro- und Kleinlasthärteprüfungen<br />
(unter 1 kgf) benötigen eine präziser<br />
präparierte Probenoberfläche. Bei Rockwell<br />
Härteprüfungen ist die Oberflächenbeschaffenheit<br />
nicht so entscheidend, da<br />
die Eindrucktiefe und nicht die Geometrie<br />
gemessen wird. Aus diesem Grund ist eine<br />
geschliffene Oberfläche ausreichend.<br />
Ist die Probenoberfläche nicht ausreichend<br />
präpariert, können Ungenauigkeiten bei der<br />
automatischen Vermessung der Eindruckgröße<br />
entstehen. Weichere Materialien sind<br />
anfälliger für Präparationsartefakte, da<br />
Schleifkörner gleicher Größe bei weichen<br />
Lösung: 2<br />
Die Probenoberfläche muss poliert sein.<br />
Abbildung 5 zeigt die Oberfläche nach der<br />
a)<br />
b)<br />
Abbildung 5:<br />
Vickers Eindruck<br />
auf einer polierten<br />
Oberfläche, MD-<br />
Plus/DiaPro Plus,<br />
3µm.<br />
a) gehärteter Werkzeugstahl,<br />
715 HV 10.<br />
b) 0.5% Kohlenstoffstahl,<br />
180 HV 10.<br />
2
Schmutz<br />
Abbildung 6: Schmutz stört die optische Auslesung.<br />
Bei dem Material handelt es sich um gehärteten<br />
Werkzeugstahl. Vickers Härteprüfung.<br />
Prüfkraft 0.5 kgf.<br />
Feinschliff der Probenoberfläche mit MD-Largo und der<br />
Diamantsuspension DiaPro Allegro/Largo (9 µm).<br />
Endpolitur mit einem MD-Plus Poliertuch<br />
und der Diamantsuspension DiaPro Plus<br />
(3 µm).<br />
Problem: 3<br />
Wenn die Probe nach der mechanischen<br />
Präparation nicht sorgfältig gereinigt wurde,<br />
können Fehler bei der automatischen<br />
Auswertung auftreten, siehe Abbildung 6.<br />
Lösung: 3<br />
Stellen Sie immer sicher, dass die Proben<br />
gründlich gereinigt werden, sonst können<br />
ggf. Schmutz oder Fasern der Poliertücher<br />
die Auswertung erschweren.<br />
Problem: 4<br />
Bei stark geätzten Proben kann es schwierig<br />
sein, die Eindruckkanten und somit<br />
einen präzisen Härtewert zu ermitteln.<br />
Lösung: 4<br />
Das Ätzen von Proben sollte, sofern möglich,<br />
verhindert werden, da die Oberfläche<br />
sonst weniger reflektiert. Ist das Ätzen notwendig,<br />
sollte nur leicht angeätzt werden,<br />
damit die Eindruckgrenzen weiterhin auswertbar<br />
bleiben. Manchmal ist es jedoch<br />
notwendig zu ätzen, beispielsweise bei der<br />
Überprüfung von Schweißverbindungen,<br />
siehe Abbildung 20.<br />
1) In dieser Application Note sind die Prüfkräfte in kgf<br />
(Kilogramm Force ) angegeben, einer Einheit die verwendet<br />
wurde, bevor das SI-System eingeführt wurde.<br />
(1kgf=9.81N)<br />
a)<br />
b)<br />
Abbildung 7: Vickers Eindrücke, Prüfkraft 1 kgf.<br />
Material 0.5%-iger Kohlenstoffstahl. Letzte Präparationsstufe<br />
ist MD-Plus mit der Diamantsuspension<br />
DiaPro Plus (3µm).<br />
Geätzt mit 3% Nital a) stark geätzt b) leicht geätzt.<br />
DuraJet Rockwell Härteprüfgerät<br />
3. Grundlagen<br />
Bei Eindruckhärteprüfungen, wie bei Vickers,<br />
Brinell und Knoop wird die Größe<br />
des Eindrucks optisch vermessen. Die<br />
Prüfkraft dividiert durch die Kontaktfläche<br />
(bei Knoop die Projektionsfläche) ergibt<br />
den Härtewert. Die Prüfung kann manuell<br />
durchgeführt werden, wobei mit Hilfe von<br />
Tabellen der Mittelwert der Diagonalen/<br />
Durchmesser in einen Härtewert umgerechnet<br />
wird. Andernfalls kann der Härtewert<br />
über eine Formel berechnet werden<br />
oder durch eine automatische Auswertung<br />
ermittelt werden.<br />
Abhängig von der Prüfkraft, wird die Härteprüfung<br />
nach Vickers in Makro-, Kleinlastund<br />
Mikrohärteprüfung gegliedert. Bei der<br />
Makrohärteprüfung beträgt die Prüfkraft<br />
≥5 kgf (≥49,03 N), bei der Kleinlasthärteprüfung<br />
zwischen 0,2 kgf (1,961N) und<br />
3 kgf (29.42N), und für die Mikrohärteprüfung<br />
zwischen 0,1 kgf (0,9807N) und<br />
0,01 kgf (0,09807N).<br />
Die benötigte Probenoberfläche ist abhängig<br />
vom Prüfverfahren und der Prüfkraft.<br />
Bei Makrohärteprüfungen ist meist eine<br />
gefräste oder geschliffene Oberfläche<br />
ausreichend, manchmal ist auch keine<br />
Präparation notwendig. Bei Mikro- und<br />
Kleinlasthärteprüfungen ist eine polierte<br />
Oberfläche notwendig, für sehr geringe<br />
Prüfkräfte kann eine Oxidpolitur oder eine<br />
elektrolytische Politur notwendig werden.<br />
Tabelle 1: Oberflächenanforderungen für verschiedene<br />
Härteeindruckprüfungen.<br />
Prüfverfahren<br />
Rockwell HR<br />
Brinell HBW<br />
Vickers HV<br />
Knoop HK<br />
Oberflächenpräparation<br />
Makro Härteprüfung:<br />
- keine Oberflächenpräparation oder<br />
- angeschliffen<br />
Makro Härteprüfung:<br />
- gefräst,<br />
- angeschliffen oder<br />
- poliert<br />
Makro Härteprüfung:<br />
- angeschliffen<br />
Mikro Härteprüfung:<br />
- poliert<br />
- elektrolytisch poliert<br />
Mikro Härteprüfung:<br />
- hochglanzpoliert<br />
3
Die Oberflächenrauigkeit hat nur einen<br />
geringen Einfluss auf die Größe des Eindrucks,<br />
solange der Eindruck im Verhältnis<br />
zu den Unebenheiten groß ist [1]. Es ist<br />
wichtig, dass die Oberflächenpräparation<br />
die Materialeigenschaften nicht verändert,<br />
d.h. die Oberfläche sollte nur ein Minimum<br />
an Deformation nach der Präparation aufzeigen.<br />
Konvertierungen zwischen den Härteskalen<br />
sollten mit Vorsicht vorgenommen werden.<br />
Nach Möglichkeit sollten Umrechnungen<br />
vermieden und Härteprüfungen nach der<br />
vorgeschriebenen Prüfmethode durchgeführt<br />
werden. Das gleiche gilt für Umrechnungen<br />
von Härtewerten auf die Materialfestigkeit,<br />
sofern diese nicht experimentell<br />
belegt wurden.<br />
DuraJet Rockwell<br />
Härteprüfgerät<br />
DuraScan<br />
Rockwell (HR)<br />
Rockwell ist eine schnelle Prüfmethode mit<br />
direkter Datenauslese, die speziell für die<br />
Produktionskontrolle entwickelt wurde.<br />
Die Rockwell Härte (HR) wird durch die<br />
Eindrucktiefe bestimmt, die entsteht, nach<br />
dem ein Eindringkörper mit einer bestimmten<br />
Prüfkraft auf ein Material gebracht<br />
wurde. Der Eindringkörper ist, abhängig<br />
von der Messskala, ein kegelförmiger<br />
Diamant oder eine Hartmetallkugel mit unterschiedlichen<br />
Durchmessern. Um Oberflächeneinflüsse<br />
zu vermeiden, wird vor der<br />
Hauptlast eine Vorlast aufgebracht.<br />
Nach Zurücknahme der Hauptlast wird der<br />
Härtewert durch die zurückbleibende Eindringtiefe<br />
ermittelt, siehe Abbildung 8.<br />
Es gibt zwei Arten der Härteprüfung nach<br />
Rockwell: Die reguläre Rockwell Prüfmethode<br />
mit einer Vorlast von 10 kgf und<br />
einer Hauptlast von 60, 100 oder 150 kgf<br />
und die Superficial Rockwell Prüfung, die<br />
für dünnere Proben mit einer Vorlast von<br />
3 kgf und einer Hauptlast von 15, 30 oder<br />
45 kgf verwendet wird. Generell sollte das<br />
zu prüfende Bauteil nicht eingebettet werden,<br />
da die Rockwell Prüfung die Eindringtiefe<br />
des Eindringkörpers zur Ermittlung<br />
des Härtewerts auswertet und nicht die<br />
Eindruckdiagonalen. Die Einflüsse hierbei<br />
sind abhängig von dem verwendeten<br />
Prüfgerät.<br />
Brinell (HBW)<br />
Die Härteprüfung nach Brinell erzeugt<br />
durch die Verwendung einer Wolframkarbidkugel<br />
mit verschiedenen Durchmessern<br />
einen großen Eindruck. Die Bezeichnung<br />
ist HBW (W ist das chemische Zeichen für<br />
Wolfram). Die Größe des Eindrucks wird<br />
zur Ermittlung des Härtewerts optisch<br />
vermessen. Typische Materialien sind<br />
Schmiedestücke und Gusseisen, bei denen<br />
die Gefügestrukturen zu grob und inhomogen<br />
für andere Prüfmethoden (Rockwell/<br />
Vickers) sind.<br />
Prüfkraftbereich: 1-3000 kgf<br />
Eindringkörper: 1 / 2.5 / 5 / 10 mm<br />
Kugeldurchmesser<br />
aufgebrachte Kraft<br />
d 1<br />
d 2<br />
Abbildung 9: Schematische<br />
Darstellung der Brinell<br />
Härteprüfung.<br />
Vorlast<br />
Vorlast<br />
+<br />
Hauptlast<br />
Vorlast<br />
E<br />
e<br />
Null-Referenzlinie<br />
Abbildung 8: Schematische Darstellung der Rockwell Härteprüfung. Rockwell Formel: Rockwell Härte HR = E – e.<br />
“E” ist eine Konstante von 100 (Diamant) oder 130 (Kugel) Einheiten. “e” ist die Eindrucktiefe in Einheiten von 0.002 mm<br />
4
Abbildung 13: Vergleich der Eindruckgrößen zwischen<br />
a) Knoop und b) Vickers Eindruck in einer Plasmaspritzschicht.<br />
Prüfkraft 0.5 kgf. Die Feinpolitur<br />
wurde mit einem Nap Tuch und<br />
der Diamantsuspension<br />
DiaPro Nap B (1µm)<br />
durchgeführt.<br />
a) b)<br />
Vickers (HV)<br />
Die Vickers Härte (HV) wird anhand der<br />
diagonalen Eindrucklänge berechnet, die<br />
durch die Einwirkung eines Diamanteindringkörpers<br />
mit einer bestimmten Prüfkraft<br />
auf ein Material entsteht, siehe Abbildung<br />
10. Die Größe des Eindrucks wird zur<br />
Ermittlung des Härtewerts optisch vermessen.<br />
Der Härtewert kann mittels Tabelle<br />
oder Formel umgerechnet werden, nachdem<br />
der Mittelwert beider Diagonalen bestimmt<br />
wurde oder durch ein automatisches<br />
Härteprüfgerät ausgewertet werden. Der<br />
Skalenbereich bei Vickers reicht von 10 gf<br />
bis 100 kgf. Bei der Vickers Härteprüfungen<br />
ist der berechnete Härtewert relativ unabhängig<br />
von der verwendeten Prüfkraft. Die<br />
Mindestabstände zwischen den Vickers Eindrücken<br />
sind in Abbildung 23 dargestellt.<br />
aufgebrachte Kraft<br />
Knoop (HK)<br />
Diese Prüfmethode wurde als Alternative<br />
zum Vickers Verfahren entwickelt, um die<br />
Rissbildung bei zerbrechlichen Materialien<br />
(wie Keramik) zu unterbinden aber auch um<br />
in dünnen Schichten messen zu können.<br />
Der Eindringkörper ist ein asymmetrischer,<br />
pyramidenförmiger Diamant, siehe Abbildung<br />
11. Die Größe des Eindrucks ist<br />
abhängig von der langen Diagonalen, die<br />
für die Berechnung des Härtewertes optisch<br />
ausgelesen wird. Der Prüfkraftbereich bei<br />
Knoop variiert von 10 gf bis 1 kgf. Knoop<br />
ist hinsichtlich der Oberflächenpräparation<br />
empfindlicher als Vickers, da die lange<br />
Diagonale eine sehr flache Eindruckspitze<br />
ausbildet.<br />
Die Abstände zwischen den Eindrücken<br />
sind abhängig vom Material, siehe Abbildung<br />
12. Bei der Verwendung von sehr geringen<br />
Prüfkräften, steigt der Härtewert mit<br />
sinkender Prüfkraft. Ein Vergleich der Eindruckgrößen<br />
zwischen Knoop und Vickers<br />
bei gleichen Prüfkräften ist in Abbildung 13<br />
zu sehen.<br />
Bei Brinell, Vickers und Knoop ist zu beachten,<br />
dass die Diagonale mindestens 20 μm<br />
beträgt, da die Messunsicherheit sonst zu<br />
hoch wird.<br />
Mikro- und Kleinlasthärteprüfung ≤1kgf<br />
Da bei der Mikro- Kleinlasthärteprüfung<br />
Prüfkräfte ≤ 1 kgf Verwendung finden, entstehen<br />
nur sehr kleine Eindrücke. Die Mikrohärteprüfung<br />
ermöglicht Härteprüfungen<br />
an Bauteilen und Phasen die zu dünn oder<br />
zu klein für die Makrohärteprüfung sind.<br />
Der Prüfkraftbereich von 10 gf – 1000 gf<br />
ermöglicht die Bestimmung der Härte von<br />
Applied Load<br />
aufgebrachte Applied Load Kraft<br />
d 1<br />
d 2 136o<br />
130 o 172 o<br />
130 o<br />
172 o<br />
a) b)<br />
d 1<br />
d 1<br />
Edge<br />
Rand<br />
Abbildung 10:<br />
Schematische Darstellung der Vickers Härteprüfung.<br />
a<br />
b<br />
Abbildung 11:<br />
Schematische Darstellung<br />
der Knoop Härteprüfung<br />
a) Seitenansicht<br />
b) Frontansicht<br />
Abbildung 12: Die Eindruck<br />
Abstände bei Knoop sind<br />
abhängig von der kurzen<br />
Diagonalen d2. a und b sind<br />
in untenstehender Tabelle<br />
beschrieben (ISO 4545).<br />
d 2<br />
a<br />
b<br />
Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen 3∙d 2 4∙d 2<br />
Leichtmetalle, Pb, Sn und ihre Legierungen 3.5∙d 2 7∙d 2<br />
5
DuraScan<br />
kleinsten Phasen oder Bestandteilen, aber<br />
auch Härteverläufe können damit bestimmt<br />
werden. Beispiele dafür sind dünne Schichten,<br />
kleine Komponenten, Beschichtungen,<br />
Mikro-Schweißverbindungen, Pulvermetall-<br />
Partikel, individuelle Strukturen oder<br />
Körner.<br />
Wenn möglich, sollte keine Ätzung vor der<br />
Härteprüfung durchgeführt werden, da die<br />
Oberfläche sonst weniger reflektiert und die<br />
Eindruckdiagonalen schlechter zu bestimmen<br />
sind. Allerdings hilft eine leichte Ätzung<br />
unterschiedliche Phasen/ Strukturen<br />
zu erkennen, wenn die Härteprüfungen in<br />
verschiedenen Phasen durchgeführt werden<br />
soll.<br />
Je geringer die Prüfkräfte bei der Härteprüfung,<br />
desto höher sind die Anforderungen<br />
an die mechanische, chemische oder<br />
elektrochemische Oberflächenpräparation.<br />
Es ist wichtig, dass keine Veränderung der<br />
Oberflächeneigenschaften während der<br />
Präparation stattfindet. Verformungen,<br />
die durch das Trennen und Schleifen entstanden<br />
sind, müssen durch das Polieren<br />
bis auf 6, 3 oder 1 µm, je nach Prüfkraft,<br />
beseitigt werden. Für Prüfkräfte bis zu 300<br />
gf [4], muss die Probenoberfläche verformungs-<br />
und schadenfrei sowie oxid- oder<br />
elektrolytisch poliert sein. Dabei sollte<br />
berücksichtigt werden, dass weichere/ duktilere<br />
Materialien (z. B. HV kleiner 120-150)<br />
empfindlicher gegenüber Präparationsartefakten<br />
sind.<br />
4. Empfehlungen für die<br />
Präparation<br />
Trennen<br />
Beim Trennen sollten so wenige Verformungen<br />
wie möglich bei der Probe entstehen.<br />
Daher ist die Kombination von Trennscheibe<br />
und Vorschubgeschwindigkeit<br />
wichtig, um Schleifbrand zu verhindern und<br />
dadurch kurze Präparationszeiten bei den<br />
nachfolgenden Schritten zu ermöglichen.<br />
Einbetten<br />
Tests 1 haben ergeben, dass Einbettmittel<br />
keine signifikanten Auswirkungen auf Härteprüfungen<br />
über 30 kgf (Vickers) haben,<br />
siehe Abbildung 14. (Die Tests wurden<br />
mit den Warmeinbettmitteln DuroFast<br />
(Epoxideinbettmittel mit mineralischem<br />
Füllstoff) und MultiFast (Phenoleinbettmittel<br />
mit Füllstoff) und dem Kalteinbettmittel<br />
ClaroCit (Akryl-Kalteinbettmittel) durchgeführt).<br />
Wenn eine gute Randschärfe, wie bei<br />
dünnen Beschichtungen oder oberflächengehärtetem<br />
Stahl erforderlich ist, sollte<br />
ein Einbettmittel mit Füllstoff verwendet<br />
1 Die Tests wurden mit 0.5%-igem Kohlenstoffstahl und<br />
gehärtetem Werkzeugstahl durchgeführt. Die Durchmesser<br />
der Stahlproben betrugen 25 bzw. 32 mm. Alle<br />
Stahlproben wurden als 40 mm Durchmesser Proben<br />
eingebettet. Jede Spalte in Abbildung 14 repräsentiert 3<br />
Serien á 12 Eindrücke, bis auf ClaroCit, bei dem nur eine<br />
Testserie durchgeführt wurde.<br />
740<br />
werden. Bei gehärtetem Stahl sollte Duro-<br />
Fast verwendet werden. Für weichere<br />
Materialien/ Beschichtungen (kleiner 400<br />
HV) ist LevoFast (Melamineinbettmittel mit<br />
Mineral- und Glasfaserfüllstoff) die richtige<br />
Wahl.<br />
Schleifen und Polieren<br />
Die Schleif- und Poliermethoden sind vom<br />
zu prüfendem Material abhängig. Eine<br />
übliche Methode für Eisenmetalle wird in<br />
Tabelle 2 vorgestellt. Diese Methode ist<br />
für die meisten Behandlungszustände /<br />
Wärmebehandlungen, wie z. B. einsatzgehärteter<br />
Stahl, anwendbar. Die Endpolitur<br />
wird mit einer 3 μm Diamantsuspension<br />
durchgeführt. Dies ist eine schnelle Methode<br />
und ergibt eine perfekt reflektierende<br />
Oberfläche für die Härteprüfung.<br />
Für weicheres Aluminium wird die in Tabelle<br />
3 vorgestellte Methode empfohlen.<br />
Abbildung 15 zeigt eine automatische<br />
Auswertung von 99,95%-igem Aluminium,<br />
nach dem Trennen sowie verschiedener<br />
mechanischer Präparationsstufen. Weitere<br />
Präparationsmethoden für verschiedene<br />
Materialien, finden Sie unseren e-Metalog<br />
auf www.struers.de. Die Daten in Tabelle<br />
2 und 3 gelten für 6 eingebettete Proben<br />
von 30 mm Durchmesser, eingespannt in<br />
einem Probenhalter.<br />
Eine plane Probenoberfläche ist wichtig,<br />
um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.<br />
Durch die Nutzung einer Spannvorrichtung<br />
wird sichergestellt, dass der Eindringkörper<br />
senkrecht auf die Oberfläche trifft.<br />
Vickers Härte<br />
730<br />
720<br />
710<br />
Uneingebettet<br />
DuroFast<br />
MultiFast<br />
ClaroCit<br />
700<br />
690<br />
680<br />
HV1 HV10 HV20 HV30<br />
Abbildung 14: Ergebnisse der Untersuchung, inwiefern Einbettmittel Auswirkungen auf die Härteprüfung haben.<br />
Die Proben wurden direkt auf dem Prüftisch platziert. Bei dem Material handelte es sich um gehärteten Werkzeugstahl.<br />
Die Feinpolitur wurde mit einem MD-Plus Tuch und der Diamantsuspension DiaPro Plus (3µm) ausgeführt.<br />
6
Stufe Planschleifen Feinschleifen 1 Polieren 1<br />
Oberfläche MD-Piano 220 MD-Allegro MD-Plus<br />
Schleifmittel DiaPro Allegro/Largo DiaPro Plus<br />
Schmiermittel Wasser<br />
Geschwindigkeit [U/min] 300 150 150<br />
Druck [N] 240 240 180<br />
Drehrichtung >> >> >><br />
Tabelle 2:<br />
Präparationsmethoden<br />
für Stahl. Bezogen auf 6<br />
eingebettete Proben mit<br />
30 mm Ø.<br />
Stahl, Kupfer, Kupferlegierungen<br />
Leichtmetalle,<br />
Pb, Sn und ihre<br />
Legierungen<br />
Zeit [Min] 1 3 3<br />
Stufe Planschleifen Feinschleifen 1 Polieren 1 Oxidpolitur<br />
Oberfläche SiC-Papier #320 MD-Largo MD-Mol MD-Chem<br />
Schleifmittel DiaPro Allegro/Largo DiaPro Mol OP-U 0.04 µm<br />
Schmiermittel<br />
Wasser<br />
Geschwindigkeit [U/min] 300 150 150 150<br />
Druck [N] 120 180 150 90<br />
Drehrichtung >> >> >> ><<br />
Zeit [Min] 1 4 3 2<br />
Tabelle 3: Präparationsmethode für weiches Aluminium. Bezogen auf 6 eingebettete Proben mit 30 mm Ø.<br />
Bei der Verwendung feinpolierter Oberflächen, z. B. nach der Oxidpolitur sollte beachtet werden,<br />
dass OP-U weniger Relief als OP-S ergibt.<br />
a) b)<br />
5. Anwendungen<br />
Einsatzhärtetiefe<br />
Um die Verschleißfestigkeit von Stählen zu<br />
erhöhen, werden diese oberflächengehärtet,<br />
besonders bei Stählen, die in bewegenden<br />
oder rotierenden Bereichen wie<br />
Getrieben, Düsen, Maschinenteilen, etc.<br />
verwendet werden.<br />
Der Abfall der Härte vom Rand in Richtung<br />
Kern des Prüfstücks kann mittels eines<br />
Härteverlaufes Bestimmt werden.<br />
Die Messung der Einsatzhärte (CHD) wird<br />
vorgenommen, um die Einsatzhärtetiefe<br />
von oberflächengehärteten Werkstücken<br />
zu ermitteln. Die Prüfung ist standardisiert<br />
und abhängig von dem Oberflächenhärteverfahren,<br />
d. h. ob Induktionsgehärtet,<br />
Aufgekohlt, Nitriert, etc.<br />
In den meisten Fällen werden Vickers<br />
Härteprüfungen im Mikro-, Kleinlastbereich<br />
durchgeführt (in manchen Fällen wird auch<br />
Knoop genutzt).<br />
Eine gute Randschärfe wird benötigt, wenn<br />
dünne Beschichtungen oder oberflächengehärtete<br />
Werkstücke geprüft werden.<br />
Abbildung 16: Messung der Einsatzhärtetiefe. Die größer<br />
werdenden Eindrücke zur Probenmitte hin, deuten<br />
auf eine geringer werdende Härte des Materials.<br />
Oberfläche<br />
c) d)<br />
Abbildung 15: Vickers Härteprüfung, HV1 von 99.95% Aluminium a) direkt nach dem Trennen b) nach dem Feinschleifen<br />
mit MD-Largo und der Diamantsuspension DiaPro Allegro/Largo (9 µm) c) nach dem Polieren mit<br />
MD-Mol und DiaPro Mol (3 µm) d) nach dem Oxid-Polieren mit MD-Chem und OP-U (Kolloid-Kieselerde 0.04 µm)<br />
Abbildung 17: Eindrücke formieren ein Zick-Zack Muster.<br />
7
Abbildung 18: Schematische Darstellung der<br />
Jominy Prüfung<br />
(Zum Beispiel: die Jominy Nummer: J15 = 35 HRC<br />
bedeutet, dass die Härte 35 HRC mit einem Abstand von<br />
15 mm zur abgeschreckten Stirnseite gemessen wurde)<br />
Probe<br />
geschliffene Oberfläche<br />
Härteprüfung<br />
Bei CHD-Messungen nimmt die Größe<br />
der Eindrücke zu, während die Härte des<br />
Materials abnimmt, siehe Abbildung 16.<br />
Um die normgerechte Positionierung der<br />
Eindrücke zu gewährleisten (Abstände bei<br />
Stahl 3 x Diagonale), können die Abstände<br />
automatisch festgelegt werden. Werden die<br />
Eindrücke größer, müssen die Abstände<br />
zwischen den Eindrücken größer werden.<br />
Wasser<br />
Härte, Rockwell C<br />
Abkühlgeschwindigkeit der Stirnseite<br />
Üblicherweise wird eine größere Anzahl an<br />
Eindrücken benötigt, um die Einhärtetiefe<br />
zu ermitteln. Die modernen, automatischen<br />
Härteprüfsysteme stoppen jedoch automatisch,<br />
wenn die definierte Grenzhärte<br />
erreicht ist ungeachtet der Anzahl an<br />
Prüfpunkten. Da die Eindrücke sich nicht<br />
gegenseitig beeinflussen dürfen, muss ein<br />
Mindestabstand zwischen den Eindrücken<br />
eingehalten werden. Um die Anzahl der<br />
Prüfeindrücke und damit auch die Genauigkeit<br />
der Messreihe zu erhöhen können<br />
die Eindrücke versetzt zueinander, in einem<br />
Zick-Zack Muster gesetzt werden, siehe<br />
Abbildung 17.<br />
Jominy Prüfungen<br />
Mit der Jominy Prüfung wird die Härtbarkeit<br />
von Stählen getestet. Ein Prüfstab mit<br />
spezieller Geometrie wird auf Austenit-<br />
Temperatur erhitzt und dann mittels<br />
eines Wasserstrahls an einer Stirnseite<br />
abgekühlt, siehe Abbildung 18. Nach dem<br />
Abkühlen wird die Härte in Abständen ermittelt,<br />
beginnend von der abgeschreckten<br />
Stirnseite, siehe Abbildung 19. Hierbei<br />
werden vor allem die Prüfmethoden HRC<br />
und HV 30 genutzt. Abhängig von der Abkühlgeschwindigkeit<br />
(Entfernung zur Stirnseite)<br />
ergeben sich die unterschiedlichen<br />
Härtewerte.<br />
Abbildung 19: Jominy Prüfung<br />
Schweißverbindungen<br />
Bei der Härteprüfung von Schweißverbindungen<br />
wird eine Serie von Eindrücken<br />
entlang der Probenkante gesetzt. Mittels<br />
einer Übersichtskamera kann die gesamte<br />
Probenoberfläche betrachtet und die Eindrücke<br />
entsprechend leicht positioniert<br />
werden. Bei der Prüfung von Schweißverbindung<br />
ist die Nutzung von HV5 oder<br />
HV10 vorgeschrieben.<br />
Ein Beispiel für Härteprüfeindrücke bei<br />
einer Schweißverbindungen zeigt Abbildung<br />
20. Tabelle 4 zeigt die dazugehörigen<br />
Härtewerte vom Duramin A-300. Zwei<br />
12 mm Grobbleche aus Kohlenstoffstahl,<br />
Nummer Härte Methode<br />
1 175 HV 10<br />
2 175 HV 10<br />
3 177 HV 10<br />
4 237 HV 10<br />
5 239 HV 10<br />
6 249 HV 10<br />
7 226 HV 10<br />
8 225 HV 10<br />
9 225 HV 10<br />
10 234 HV 10<br />
11 236 HV 10<br />
12 231 HV 10<br />
13 182 HV 10<br />
14 175 HV 10<br />
15 178 HV 10<br />
16 241 HV 10<br />
17 239 HV 10<br />
18 232 HV 10<br />
19 221 HV 10<br />
20 226 HV 10<br />
21 221 HV 10<br />
22 230 HV 10<br />
23 230 HV 10<br />
24 223 HV 10<br />
Tabelle 4: Härteprüfergebnisse einer Schweißverbindung<br />
Typ S55C wurden verschweißt. Vor der<br />
Härteprüfung wurde die Probenoberfläche<br />
bis auf 6 µm poliert und mit Nital leicht<br />
geätzt. Die Härteprüfung wurde durchgeführt,<br />
um den Schweißprozess (gemäß NF<br />
EN ISO15614) zu bestätigen. Das maximale<br />
Härtelimit bei dieser Schweißverbindung<br />
lag bei 320 HV 10.<br />
Abbildung 20: Platzierung der Prüfpunkte auf einer<br />
Schweißverbindung mit Hilfe der Übersichtskamera.<br />
Für die Präparation von Schweißverbindungen<br />
ist eine Application Note mit<br />
entsprechendem Titel erhältlich.<br />
8
Bedingungen Eindruck Eindringkörper Sonstiges<br />
Präzision Geschwindigkeit Seitwärtsbewegung Prüftisch, Probenhalter<br />
Reproduzierbarkeit Masse Formabweichung Spindel<br />
Winkel Schaden Verrutschen der Probe<br />
Zeit Material Nivellierung der Maschine<br />
Platz<br />
Tabelle 5: Gerätefaktoren<br />
6. Prüfparameter<br />
Härteprüfungen sind einfach durchzuführen,<br />
sofern alle Prüfparameter beachtet<br />
werden. Aus diesem Grund sollte ein Basiswissen<br />
über die Härteprüfung vorhanden<br />
sein. Im Folgenden werden die wichtigsten<br />
Einflussparameter der Härteprüfung beschrieben.<br />
Die verschiedenen Parameter können zu<br />
den fünf Hauptfaktoren Gerät, Messung,<br />
Material, Anwender und Umfeld zusammengefasst<br />
werden, siehe Abbildung<br />
21. Es ist wichtig, dass die im Folgenden<br />
beschriebenen Einflussfaktoren kontinuierlich<br />
eliminiert, minimiert oder zumindest<br />
beachtet werden:<br />
Anwenderfaktoren<br />
Der Anwender sollte ein Grundverständnis<br />
über das Härteprüfequipment, die Oberflächeneigenschaften<br />
und die Verspanntechniken<br />
haben, um die Prüfungen so effektiv<br />
wie möglich durchzuführen.<br />
Umfeldfaktoren<br />
Die Härteprüfung sollte auf einer glatten,<br />
sauberen und reflektierenden Oberfläche<br />
(zulässig für Vickers, Brinell und Knoop)<br />
durchgeführt werden. Es ist wichtig, dass<br />
die Prüfungen bei gleichbleibenden Bedingungen,<br />
wie z. B. Temperatur und Luftfeuchtigkeit<br />
durchgeführt werden. Bei<br />
Eindringkörpern mit optischer Auslesung<br />
muss beachtet werden, dass die Beleuchtung<br />
Einfluss auf die Eindruckvermessung<br />
haben kann. Daher sollte das Härteprüfsystem<br />
in einer dunklen Umgebung stehen,<br />
um die Beleuchtung konstant zu halten.<br />
Vibrationen nehmen Einfluss auf die Härteprüfung<br />
und sollten deshalb verhindert<br />
werden. Geringere Prüfkräfte reagieren<br />
empfindlicher auf Vibrationen. Aus diesem<br />
Grund ist es empfehlenswert, Härteprüfgeräte<br />
auf spezielle Sockel (wie z. B. auf einer<br />
Granitplatte) zu platzieren.<br />
Die Oberfläche sollte frei von jeglichen<br />
Verunreinigungen wie Graten, Schmutz, Öl<br />
und Fett sein. Eine dünne Schmierschicht<br />
verringert den Reibungswert, wodurch geringfügig<br />
größere Eindrücke bei gleicher<br />
Prüfkraft resultieren. Dabei sollte beachtet<br />
werden, dass die gleichen Konditionen für<br />
alle Oberflächen gegeben sind, um vergleichbare<br />
Ergebnisse zu erzielen.<br />
Umfeld<br />
Gerätefaktoren<br />
Bei den Gerätefaktoren werden die Prüfkraft,<br />
der Eindruck und der Eindruckkörper<br />
berücksichtigt. Um höchstmögliche<br />
Reproduzierbarkeit zu gewährleisten,<br />
sollten Geräte mit der Technologie der<br />
Kraftmessdose verwendet werden. Diese<br />
sind präziser als Geräte mit mechanischen<br />
Gewichten und sie sind frei von Reibungseinflüssen<br />
und Massenträgheit. Um die<br />
Präzision und Reproduzierbarkeit dauerhaft<br />
zu gewährleisten, sind regelmäßige Kalibrierungen<br />
notwendig. Bei der täglichen Arbeit<br />
werden meist indirekte Verifizierungen<br />
mit Härtevergleichsplatten in verschiedener<br />
Härtebereichen durchgeführt, um die Kalibrierung<br />
im verwendeten Härtebereich zu<br />
überprüfen. Die Parameter, die Einfluss auf<br />
den Eindruck haben können, sind in Tabelle<br />
5 dargestellt. Der Eindruckwinkel sollte<br />
nicht mehr als 2 Grad (Maximum) von der<br />
senkrechten Linie abweichen, da sonst<br />
Fehler entstehen können. Ebenso sollte<br />
kein seitliches Spiel zwischen Eindringkörper<br />
und Probe bestehen. Nach Möglichkeit<br />
sollte die Probe auf einem gratfreien Tisch<br />
festgeklemmt werden.<br />
Der Abstand zwischen den Eindrücken<br />
sollte so groß sein, dass die Eindrücke sich<br />
nicht gegenseitig beeinflussen. Die plastische<br />
Verformung rund um den Eindruck<br />
verursacht bei den meisten Materialien eine<br />
Aufhärtung durch Kaltverformung. Daher<br />
müssen die Abstände zwischen den Eindrücken<br />
eingehalten werden.<br />
Die Entwicklung der plastischen Verformung<br />
(blauer Bereich) durch Druckaufbringung<br />
(gelb) ist in Abbildung 22 dargestellt.<br />
Aus diesem Grund beinhalten die Normen<br />
der verschiedenen Prüfmethoden Spezifikationen<br />
über die Abstände zwischen den<br />
Eindrücken und zum Rand. Die Spezifikationen<br />
für die Härteprüfungen nach Vickers<br />
sind durch die ISO festgelegt und in Abbildung<br />
23 dargestellt.<br />
Anwendung<br />
Hardness<br />
Härteprüfung<br />
Measurement<br />
Gerät<br />
Druckaufbringung<br />
Messung<br />
Abbildung 21: 5 Hauptfaktoren, die Einfluss<br />
auf die Härteprüfung haben<br />
Material<br />
Abbildung 22: Plastische Verformung (blauer<br />
Bereich) durch Druckaufbringung beim Eindruck<br />
(gelber Bereich) gemäß Prandtl<br />
Bereich der<br />
plastischen Verformung<br />
9
≥ b<br />
Schmutz, Staub, Ablagerungen<br />
Rand<br />
≥ a<br />
a<br />
b<br />
Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen 2.5∙d m 3∙d m<br />
Leichtmetalle, Pb, Sn und ihre Legierungen 3∙d m 6∙d m<br />
Abbildung 23: Abstände zwischen den Vickers<br />
Eindrücken gemäß ISO 6507, a und b sind in folgender<br />
Tabelle beschrieben, dm ist die Hauptdiagonale des<br />
Eindrucks.<br />
Materialfaktoren<br />
Die Einflussfaktoren des Materials sind:<br />
• Heterogenität von Mikrostrukturen<br />
• Qualität der Probenpräparation<br />
• Reflektion der Probenoberfläche<br />
• Materialtyp<br />
• Materialbearbeitung<br />
• Materialform<br />
• Einbettmittel<br />
Methode Vertifiziertes System Sonstiges<br />
Verwendete Methode (HV, HB, HR, HK) Kalibrierung des Ladesystems Vibrationen<br />
Realisierbarkeit der Methode<br />
Einzuhaltende Norm (ASTM,ISO, JIS)<br />
Tabelle 6: Messfaktoren<br />
Vergrößerung der Objektive<br />
Auflösung der Objektive<br />
Unzureichende Bildqualität<br />
Konstante Beleuchtung<br />
Schmutz, Staub,<br />
Ablagerungen<br />
Eine bestimmte Probendicke ist notwendig,<br />
da der Eindringkörper nicht durch die<br />
gesamte Probe drücken soll. Es ist wichtig,<br />
dass nach der Härteprüfung keine visuellen<br />
Verformungen auf der Probenrückseite zu<br />
erkennen sind. Daher sollte die Probendicke<br />
mindestens das 10-fache der Eindrucktiefe<br />
(Rockwell) betragen. Bei Vickers<br />
Prüfungen sollte die diagonale Länge<br />
mindestens das 1,5-fache des Eindrucks<br />
betragen.<br />
Korrekturen müssen durchgeführt werden,<br />
wenn kugelförmige oder zylindrische Oberflächen<br />
gemessen werden. Der Korrekturfaktor<br />
ist abhängig davon, ob die Probenoberfläche<br />
konkav oder konvex ist. Der<br />
entsprechende Korrekturfaktor ist Tabellen<br />
zu entnehmen oder ist im Härteprüfgerät<br />
hinterlegt. Bei runden Proben sollten spezielle<br />
Prüftische verwendet werden (siehe<br />
Abbildung 24) und Korrekturfaktoren für<br />
konvexe Oberflächen.<br />
Bei der Auswahl des geeigneten Härteprüfverfahrens<br />
muss darauf geachtet werden,<br />
dass der Eindruckbereich die gesamte<br />
Struktur des Materials abdeckt, um ein<br />
repräsentatives Ergebnis zu erzielen. Bei<br />
einem Gussgefüge wird beispielsweise<br />
bevorzugt Brinell angewendet, da mit dem<br />
größeren Eindruck die verschiedenen Elemente<br />
der inhomogenen Struktur besser<br />
aufgenommen werden.<br />
Messfaktoren<br />
Die Messfaktoren sind in Tabelle 6 dargestellt.<br />
Sofern ein Härteprüfgerät verschiedene<br />
Härteprüfverfahren abdeckt, ist<br />
es notwendig jedes Verfahren separat zu<br />
verifizieren. Zuvor muss überprüft werden,<br />
dass die Beleuchtung keinen Einfluss auf<br />
die Auswertung hat.<br />
Bei Härteprüfgeräten mit optischer Auslesung<br />
sollten höchstmögliche Prüfkräfte zur<br />
Minimierung von Fehlern genutzt werden.<br />
Die diagonale Länge des Eindrucks sollte<br />
größer als 20 µm sein. Bei Vickers sollte<br />
die Differenz der beiden Diagonalen desselben<br />
Eindrucks nicht größer als ±5% sein.<br />
Für optimale Ergebnisse sollte die Diagonale<br />
nach Möglichkeit 25-75% des sichtbaren<br />
Objektivfeldes sein. Bei der Bestimmung<br />
großer Härteverläufe, wie z. B. bei Einsatzhärtungen,<br />
kann es schwierig werden diese<br />
Anforderung zu erfüllen.<br />
Der Eindringkörper muss frei von Oberflächenschäden<br />
sein, um verlässliche Ergebnisse<br />
zu erhalten. Eine tägliche visuelle<br />
Prüfung eines Eindrucks im Testblock ist<br />
empfehlenswert, um Fehler, Risse, etc. auf<br />
der Eindringkörperoberfläche (Vickers ISO<br />
6507) zu entdecken. Sobald ein Defekt auf<br />
dem Eindringkörper besteht, können keine<br />
verlässlichen Ergebnisse mehr garantiert<br />
werden.<br />
Abbildung 24: Spezieller Prüftisch für zylindrische<br />
Oberflächen.<br />
10
7. Welche Prüfmethode ist<br />
die Richtige?<br />
Durch die Verwendung von nur einem Eindringkörper<br />
und vielen Prüfkräften (Mikro/<br />
Makro Härteprüfbereich) ist Vickers die<br />
vielseitigste Prüfmethode. Die Prüfmethode<br />
kann für viele Materialien und Anwendungen<br />
(Einsatzhärtetiefe, Jominy Prüfungen,<br />
Schweißverbindungen, Keramiken und<br />
Beschichtungen) genutzt werden, benötigt<br />
aber eine relativ gute Probenoberfläche.<br />
Knoop hat im Vergleich zu Vickers weniger<br />
Prüfkräfte (Mikro Härteprüfung) und ist<br />
besonders für Keramiken und dünne Beschichtungen<br />
mit einer guten Probenoberfläche<br />
geeignet.<br />
Brinell ist für inhomogene Metalle oder<br />
Metalle mit groben Strukturelementen, wie<br />
z. B. Guss und Schmiedeteile geeignet.<br />
Durch die Größe der Proben, der hohen<br />
Prüfkräfte und der Eindringkörper kann mit<br />
Brinell besonders Gusseisen, Stahl und<br />
Aluminium geprüft werden.<br />
8. Zusammenfassung<br />
Härteprüfungen werden zur Bewertung<br />
von Materialien durchgeführt, zur Qualitätskontrolle<br />
in Herstellungsprozessen und<br />
in der Forschung und Entwicklung. Die zu<br />
verwendende Härteprüftechnik ist abhängig<br />
von der Anwendung. Der erforderliche<br />
Präparationsaufwand wird entsprechend<br />
der Materialeigenschaften und der Prüfkraft<br />
bestimmt.<br />
Untersuchungen haben ergeben, dass<br />
Einbettmittel bei Vickers Härteprüfungen<br />
bis zu 30 kgf keinen signifikanten Einfluss<br />
nehmen, unabhängig davon, ob die Probe<br />
auf dem Prüftisch oder in einer Spannvorrichtung<br />
platziert wurde. Je geringer die<br />
Prüfkräfte, desto besser muss die Oberflächenpräparation<br />
sein. Es sollte berücksichtigt<br />
werden, dass weichere Materialien<br />
(kleiner als etwa 120 HV) anfälliger für<br />
Präparationsartefakte sind.<br />
Rockwell kann für viele Materialien verwendet<br />
werden. Aufgrund der hohen Prüfkräfte<br />
und der Eindringkörper besonders für große<br />
Proben geeignet.<br />
Weitere Details über die Härteprüfung finden<br />
Sie auf der <strong>Struers</strong> Webseite:<br />
www.struers.com/knowledge.<br />
11
<strong>Struers</strong> A/S<br />
Pederstrupvej 84<br />
DK-2750 Ballerup, Denmark<br />
Phone +45 44 600 800<br />
Fax +45 44 600 801<br />
struers@struers.dk<br />
Application Note<br />
Härteprüfung und Probenpräparation<br />
Maria Lindegren, <strong>Struers</strong> A/S<br />
Danksagung<br />
Bild auf der Titelseite (DuraPro 200):<br />
freundlicherweise zur Verfügung gestellt von<br />
Emco-Test, Österreich<br />
Beispiel Schweißverbindung, Abbildung 20 und<br />
Tabelle 4:<br />
freundlicherweise zur Verfügung gestellt vom<br />
Institut de Soudure, Frankreich<br />
Peter Bucan, <strong>Struers</strong> A/S<br />
Jean-Marie Boccalini, <strong>Struers</strong> S.A.S., Frankreich<br />
Literaturverzeichnis<br />
1. Tabor, D; “The Hardness of Metals”, Oxford<br />
University Press, 2007<br />
2. Vander Voort, Georg F., “Metallography<br />
Principles and Practice”, ASM International,<br />
1999<br />
3. Palmqvist, S: ”Method for determining the<br />
toughness of brittle materials, particularly<br />
sintered carbides”, Jernkontorets annaler,<br />
Ausgabe 141, 1957<br />
4. ASMinternational, Ausgabe 8<br />
5. Rockwell: Maßgebliche Normen: ASTM E18 /<br />
ISO 6508 / JIS Z 2245<br />
6. Brinell: Maßgebliche Normen: ASTM E10 /<br />
ISO 6506 / JIS Z 2243<br />
7. Vickers: Maßgebliche Normen: ASTM E384 –<br />
Mikro Prüfkraftbereich – 10 g bis 1kg<br />
ASTM E92 – Makro Prüfkraftbereich - 1 kg bis<br />
100 kg ISO 6507 – Mikro und Makro<br />
Prüfkraftbereiche<br />
JIS Z 2244<br />
8. Knoop: Maßgebliche Normen: ASTM E384 / ISO<br />
4545 / JIS Z 2251<br />
9. Kay Geels, “Metallographic and<br />
Materialographic specimen preparation,<br />
light microscopy, image analysis and hardness<br />
testing”, ASTM International, 2006<br />
Glossar<br />
Ältere Bezeichnungen für Vickers Härteprüfungen<br />
sind VHN (Vickers Hardness Number) und DPN<br />
(Diamond-Pyramide hardness Number).<br />
Knoop; eine ältere Bezeichnung ist KHN (Knoop<br />
Hardness Number).<br />
Australia & New Zealand<br />
<strong>Struers</strong> Australia<br />
18 Mayneview Street<br />
Milton QLD 4064<br />
Australia<br />
Phone: +61 7 3512 9600<br />
Fax: +61 7 3369 8200<br />
info.au@struers.dk<br />
BELGIQUE (Wallonie)<br />
<strong>Struers</strong> S.A.S.<br />
370, rue du Marché Rollay<br />
F- 94507 Champigny<br />
sur Marne Cedex<br />
Téléphone +33 1 5509 1430<br />
Télécopie +33 1 5509 1449<br />
struers@struers.fr<br />
CANADA<br />
<strong>Struers</strong> Ltd.<br />
7275 West Credit Avenue<br />
Mississauga, Ontario L5N 5M9<br />
Phone +1 905-814-8855<br />
Fax +1 905-814-1440<br />
info@struers.com<br />
CHINA<br />
<strong>Struers</strong> Ltd.<br />
Rm. 702 Hi-Shanghai<br />
No. 970 Dalian Road<br />
Shanghai 200092, P.R. China<br />
Phone +86 (21) 5228 8811<br />
Fax +86 (21) 5228 8821<br />
struers.cn@struers.dk<br />
CZECH REPUBLIC<br />
<strong>Struers</strong> GmbH<br />
Organizační složka<br />
Havlíčkova 361<br />
CZ-252 63 Roztoky u Prahy<br />
Phone +420 233 312 625<br />
Fax: +420 233 312 640<br />
czechrepublic@struers.de<br />
DEUTSCHLAND<br />
<strong>Struers</strong> GmbH<br />
Carl-Friedrich-Benz-Strasse 5<br />
D- 47877 Willich<br />
Telefon +49 (0) 2154 486-0<br />
Fax +49 (0) 2154 486-222<br />
verkauf.struers@struers.de<br />
FRANCE<br />
<strong>Struers</strong> S.A.S.<br />
370, rue du Marché Rollay<br />
F-94507 Champigny<br />
sur Marne Cedex<br />
Téléphone +33 1 5509 1430<br />
Télécopie +33 1 5509 1449<br />
struers@struers.fr<br />
IRELAND<br />
<strong>Struers</strong> Ltd.<br />
Unit 11 Evolution@ AMP<br />
Whittle Way<br />
Catcliffe<br />
Rotherham S60 5BL<br />
Tel: 0845 604 6664<br />
Fax: 0845 604 6651<br />
info@struers.co.uk<br />
ITALY<br />
<strong>Struers</strong> Italia<br />
Via Monte Grappa 80/4<br />
20020 Arese (MI)<br />
Tel. +39-02/38236281<br />
Fax +39-02/38236274<br />
struers.it@struers.dk<br />
JAPAN<br />
Marumoto <strong>Struers</strong> K.K.<br />
Takara 3rd Building<br />
18-6, Higashi Ueno 1-chome<br />
Taito-ku, Tokyo 110-0015<br />
Phone +81 3 5688 2914<br />
Fax +81 3 5688 2927<br />
struers@struers.co.jp<br />
Netherlands/Belgium<br />
<strong>Struers</strong> GmbH Nederland<br />
Electraweg 5<br />
NL-3144 CB Maassluis<br />
Tel. +31 (0) 10 599 72 09<br />
Fax +31 (0) 10 599 72 01<br />
netherlands@struers.de<br />
POLAND<br />
<strong>Struers</strong> Sp. z o.o.<br />
Oddział w Polsce<br />
ul. Jasnogórska 44<br />
31-358 Kraków<br />
Phone +48 12 661 20 60<br />
Fax +48 12 626 01 46<br />
poland@struers.de<br />
ROMANIA<br />
<strong>Struers</strong> GmbH<br />
Sucursala Sibiu<br />
Str.Scoala de Inot, nr. 18<br />
RO-550005 Sibiu<br />
Phone +40 269 244 558<br />
Fax +40 269 244 559<br />
romania@struers.de<br />
SCHWEIZ<br />
<strong>Struers</strong> GmbH<br />
Zweigniederlassung Schweiz<br />
Weissenbrunnenstrasse 41<br />
CH-8903 Birmensdorf<br />
Telefon +41 44 777 63 07<br />
Fax +41 44 777 63 09<br />
switzerland@struers.de<br />
SINGAPORE<br />
<strong>Struers</strong> Singapore<br />
627A Aljunied Road,<br />
#07-08 BizTech Centre<br />
Singapore 389842<br />
Phone +65 6299 2268<br />
Fax +65 6299 2661<br />
struers.sg@struers.dk<br />
SWEDEN<br />
<strong>Struers</strong> A/S<br />
Ekbacksvägen 22, 3 tr<br />
SE-168 69 Bromma<br />
Telefon +46 (0)8 447 53 90<br />
Telefax +46 (0)8 447 53 99<br />
struers@struers.dk<br />
UNITED KINGDOM<br />
<strong>Struers</strong> Ltd.<br />
Unit 11 Evolution@ AMP<br />
Whittle Way<br />
Catcliffe<br />
Rotherham S60 5BL<br />
Tel: 0845 604 6664<br />
Fax: 0845 604 6651<br />
info@struers.co.uk<br />
USA<br />
<strong>Struers</strong> Inc.<br />
24766 Detroit Road<br />
Westlake, OH 44145-1598<br />
Phone +1 440 871 0071<br />
Fax +1 440 871 8188<br />
info@struers.com<br />
ÖSTERREICH<br />
<strong>Struers</strong> GmbH<br />
Zweigniederlassung Österreich<br />
Ginzkeyplatz 10<br />
A-5020 Salzburg<br />
Telefon +43 662 625 711<br />
Fax +43 662 625 711 78<br />
austria@struers.de<br />
www.struers.com<br />
12.2010 / 62240510. Printed in Denmark by Rosendahls
Change language