Die Prüfung der Härte eines Werkstoffs ist für seine Verwendung von größter Bedeutung. Ohne die Bestimmung der Härte wäre es unklug, das Material zu verwenden. Die Härte steuert viele andere Eigenschaften von Materialien. Es gibt jedoch verschiedene Arten von Härtetests.
Jeder dieser Härtetests unterscheidet sich in der Art und Weise, wie sie die Härte messen. Das macht den Auswahlprozess sehr entmutigend und kompliziert. Wenn Sie jedoch verstehen, wie diese Tests funktionieren, werden die Dinge viel leichter zu bewältigen sein. Oder? Die Hersteller verwenden je nach ihren Bedürfnissen einige von ihnen. Lassen Sie uns nun die einzelnen Tests besprechen.
Überblick über die Härte und ihre Prüfung
Bevor wir eintauchen, fragen Sie sich nicht, warum wir die Härte des Materials messen müssen? Diese Messung bringt uns schließlich dazu, über die verschiedenen Tests zu sprechen. Die Messung der Härte ist entscheidend für die Auswahl des Materials für Ihr Projekt. Aber was ist die Härte selbst?
Härte ist die Fähigkeit eines Materials, einer Kraft oder Verformung zu widerstehen. Das ist eine typische Definition aus dem Wörterbuch. Aber im täglichen Leben verstehen wir darunter die Fähigkeit eines Materials, Abnutzung und Verschleiß zu widerstehen. Sie definiert, wie gut oder stark ein Material ist. Die Härte gibt die Haltbarkeit von Materialien an.
Lassen Sie uns über die Bedeutung der Härtemessung sprechen. Die Prüfung und Kenntnis der Härte gibt uns wertvolle Einblicke in das Material. Sie gibt Aufschluss darüber, ob ein Material haltbar oder für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Denken Sie daran, dass die Härte viele andere Eigenschaften von Materialien beeinflusst. Steife oder starre Materialien sind zum Beispiel widerstandsfähig gegen Verschleiß.
Es kann Belastungen leicht ertragen und bricht nicht so leicht. Umgekehrt sind Materialien mit geringerer Härte schwach und anfällig für Abnutzung und Verschleiß. Deshalb ist es wichtig, die Härte zu messen. Sie gibt an, wie stark ein Material im Gebrauch ist. Die Kenntnis einer Härte hilft Ingenieuren, andere Eigenschaften des Materials abzuschätzen.
Verschiedene Arten von Härteprüfern
Ich bin sicher, dass Sie eine bessere Vorstellung davon haben, warum Härtetests so wichtig sind. Lassen Sie mich noch einen weiteren Leckerbissen verraten: Es gibt eine Vielzahl von Härteprüfungen. Jede von ihnen verwendet andere Werkzeuge oder Maschinen, um die Prüfung durchzuführen. Um sie zu benutzen, müssen Sie ihre Arbeitsweise kennen.
Hier finden Sie eine Liste der gängigsten Härtetests:
- Rockwell-Härtetest
- Brinell-Härteprüfung
- Vickers-Härteprüfung
- Knoop-Härtetest
- Leeb-Härtetest
- Shore-Härte-Test
- Webster-Härtetest
Jeder dieser Tests hat spezifische Spezifikationen. Untersuchen wir sie und sehen wir, wie sie funktionieren.
1- Rockwell-Härtetest
Die Rockwell-Härteprüfung ist zuverlässiger und weit verbreitet. Eine spezielle Rockwell-Härteprüfmaschine wird im Prüfverfahren verwendet. Das zu prüfende Material unterliegt der Kraft oder Belastung. Der Eindringkörper ist eine wichtige Maschinenkomponente, die Lasten auf das Werkstück ausübt.
Beim Rockwell-Test werden zwei Lasten verwendet. Die erste Belastung ist im Allgemeinen niedriger oder geringfügig. Die zweite ist intensiver und höher (Hauptlast). Zum Beispiel wird der Bediener die erste Last von 10 kg durch den Eindringkörper auf das Werkstück einwirken lassen. Diese Last dringt doch in die Oberfläche des Materials ein, oder?
Der Bediener misst die durch das Eindringen des Eindringkörpers erzeugte Tiefe. Danach wird eine zweite Kraft auf das Material ausgeübt. Diese zweite Kraft ist jedoch stärker und höher als die erste. Wenn die erste Belastung 10 Kgfdie zweite würde 60 % betragen Kgf. Diese Belastung von 60 Kgf wird mehr Tiefe und Durchdringung erzeugen.
Der Bediener misst erneut die durch die zweite Last erzeugte Tiefe. Dann vergleicht er die durch die beiden Belastungen erzeugte Tiefe. Aus diesem Vergleich ergibt sich der Härtewert. Diese Art der Prüfung ist im Allgemeinen für harte Metalle und Legierungen geeignet. Denken Sie daran, dass es verschiedene Rockwell-Härteskalen gibt, die sich für die Prüfung verschiedener Materialien eignen.
Sie sind vielleicht verwirrt über die Belastung und ihren Wert. Im Allgemeinen hängen diese erste und zweite Belastung von der verwendeten Rockwell-Skala ab. Diese Skala ist für verschiedene Materialien unterschiedlich. In der Regel bleibt die erste Belastung (geringfügig) gleich. Die zweite oder signifikante Belastung variiert. Die folgende Tabelle zeigt die Skalen mit den Belastungen:
| Rockwell-Skala | Geringe Belastung | Hauptlast |
| Rockwell A (HRA) | 10 Kgf | 60 Kgf |
| Rockwell B (HRB) | 10 Kgf | 100 Kgf |
| Rockwell C (HRC) | 10 Kgf | 150 Kgf |
2- Brinell-Härteprüfung
Die Härteprüfung nach Brinell ist nicht neu und wird schon seit vielen Jahrzehnten angewendet. Bei dieser Prüfung wird durch Stahl- oder Karbidkugeln Kraft auf das Material ausgeübt. Diese Karbidkugel wird im Eindringkörper verwendet. Eine starke Kraft von mindestens 3000 Kilogramm wird auf die Oberfläche des Materials ausgeübt.
Diese extreme Kraft erzeugt einen Eindruck oder eine Tiefe. Die Messung dieser Tiefe ergibt die Brinell-Härte. Das ist nicht so einfach, wie es sich anhört. Viele Faktoren bestimmen die endgültige Brinell-Härte eines Werkstoffs. Dazu gehören die Verweildauer, die angewandte Kraft, die erzeugte Tiefe usw.
Eine Sache, die mir an der Brinell-Härteprüfung gefällt, ist, dass sie einen einzigen Härtewert für Materialien angibt. Anders als beim Rockwell-Test gibt es beim Brinell-Test nicht mehrere Härteskalen. Alles, was Sie tun müssen, ist, eine Probe auf den Halter zu legen. Wenden Sie die Kraft an und führen Sie einfache Berechnungen durch. Hier ist die Liste der Brinell-Härte einiger Materialien.
| Material | Brinell-Härtezahl (BHN) |
| Weichholz (z. B. Kiefer) | 1,6 HB |
| Reines Aluminium | 15 HB |
| Kupfer | 35 HB |
| Baustahl | 120 HB |
| Rheniumdiborid | 4600 HB |
HB in der Tabelle bezeichnet die "Brinell-Härte". Der Name dieses Tests ist eine Art Hommage an seinen Erfinder, Dr. Johan August Brinell. Eine Vielzahl von Brinell-Prüfmaschinen sind verfügbar, und ihre Preise variieren. Im Allgemeinen ist dieser Test für dicke und starke Materialien geeignet, da er extreme Kräfte anwendet.
3- Vickers-Härteprüfung
Dieser Test wurde 1924 erfunden. Er unterscheidet sich geringfügig von anderen Methoden, da er sich nicht um die Tiefe kümmert, die auf der Materialoberfläche entsteht. Stattdessen geht es eher um die Größe der Vertiefung. Lassen Sie mich diesen Test näher erläutern. Die Vickers-Härtemaschine besteht aus einem Eindringkörper in Form eines pyramidenförmigen Diamanten.
Der Bediener übt mit diesem pyramidenförmigen Diamanteindringkörper Kraft auf die Oberfläche des Materials aus. Diese Kraft erzeugt eine Vertiefung auf der Oberfläche des Werkstücks. Nun messen die Hersteller die Größe dieses Eindrucks. Beachten Sie, dass diese Vertiefung die Form eines Diamanten hat, genau wie die Form eines Eindringkörpers.
Diese Prüfung wird auch für kleine Stücke und Teile verwendet, so dass die Vertiefungen klein sein können. Daher verwenden die Prüfer Mikroskope, um die Größe des Eindrucks zu analysieren. Sobald die Größe des Eindrucks gemessen ist, werden die Werte in die Formel eingesetzt, die verschiedene Parameter umfasst.
Durch diese Formel und Berechnung erhält der Anwender die genaue Härte des Materials. Wie bei der Brinnel-Prüfung wird auch bei dieser Methode eine einzige Skala verwendet, so dass das Ergebnis auch für Laien leicht zu verstehen ist. Da die Größe der winzigen Vertiefungen gemessen wird, wird es auch als Mikrohärteprüfer bezeichnet.
4- Knoop-Härtetest
Diese Prüfung ähnelt in gewisser Weise der Vickers-Härte. Es wird ein Diamant-Eindringkörper mit einer länglichen, rhomboedrischen Form verwendet, um einen länglichen Eindruck zu erzeugen. Im Allgemeinen ist diese Prüfung für kleine Materialien geeignet. Der Prüfer beobachtet die diamantförmige Vertiefung mit einem Mikroskop.
Zunächst wird das Material auf den Halter der Maschine gelegt. Es wird eine geringe Kraft von etwa 1 kg oder sogar weniger ausgeübt. Durch diese Kraft wird ein länglicher Eindruck erzeugt. Der Bediener misst also nicht die gesamte Größe des Eindrucks. Stattdessen misst er die lange diagonale Länge und analysiert und berechnet sie.
Beachten Sie, dass der Knoop-Test die Berechnung der Härte anhand einer Formel beinhaltet. Was ich an diesem Test mag, ist, dass er die Härte von dünnen, kleinen und spröden Materialien prüfen kann. Bei allen anderen Härtetests wird in der Regel eine hohe Kraft angewendet, die das Material bruchgefährdet macht. Bei der Knoop-Prüfung wird jedoch eine sanfte Kraft angewendet.
Schnelles Highlight: Der Unterschied zwischen dem Knoop- und dem Vickers-Test liegt in der Form des Eindringkörpers. Bei der Vickersprüfung wird ein pyramidenförmiger Diamanteindringkörper verwendet. Bei der Knoop-Prüfung hingegen wird ein länglicher Eindringkörper verwendet. Im Gegensatz zum Vickers-Test misst der Prüfer nur die lange diagonale Länge.
5- Leeb-Härtetest
Der Leeb-Test hebt sich von allen anderen Härteprüfungen ab. Der Grund dafür ist, dass er sich auf die Rückprallgeschwindigkeit der Kugel (Eindringkörper) stützt. Als Eindringkörper wird eine harte Kugel aus Wolframkarbid verwendet. Die für diese Prüfung verwendete Maschine ist kompakt und tragbar.
Die Maschine schleudert die harte Kugel oder den Eindringkörper während der Prüfung auf die Oberfläche des Materials. Die Eindringkörper schlagen auf der Oberfläche auf und prallen zurück. Die Maschinen messen die Rückprallgeschwindigkeit der Kugel nach dem Aufprall. Nach dem Aufprall auf die Oberfläche wird auch geprüft, wie schnell und wie weit die Kugel (der Eindringling) geflogen ist.
Die Berechnung und Analyse dieser Messung ergibt die genaue Härte des Materials. Dieser Test basiert also auf der Rückprallgeschwindigkeit des Balls nach dem Auftreffen auf das Material. Je härter die Oberfläche ist, desto schneller prallt die Kugel ab und andersherum. Die Leeb-Härteprüfung ist für Schwermetalle mit einem Gewicht von über 5 kg geeignet. Ihre Genauigkeit ist nicht zuverlässig, wenn Sie ein kleines Werkstück verwenden.
6- Shore-Härtetest
Diese Prüfung ist einfach durchzuführen. Sein Name ist eine Hommage an Albert Shore, der das Durometer-Gerät erfunden hat. Dieses Durometer besteht aus runden Eindringkörpern und wird zur Durchführung der Prüfung verwendet. Im Gegensatz zu anderen Tests eignet sich dieser Shore-Test für weiche Materialien wie Kunststoffe und Gummi.
Erläutern wir nun, wie diese Shore-Härteprüfung funktioniert. Zunächst stößt das Durometer den Eindringkörper an, der auf die Oberfläche des Materials trifft und in dieses eindringt. Nun prüft das Gerät, wie tief die (runden) Eindringkörper in das Material eindringen. Die Tiefe, in der die Eindringkörper eindringen, wird zur Berechnung der Härte herangezogen.
Wenn der Eindringling nicht tief eindringt, ist das ein klares Zeichen für Härte. Wenn der Eindringkörper hingegen tief in das Material eindringt, bedeutet dies, dass das Material weich ist. Es gibt eine Shore-Skala, die die genaue Härte des Materials angibt. Beachten Sie, dass es zwei Shore-Skalen gibt, die wie folgt bezeichnet werden:
- Ufer A
- Ufer D
Die Shore-A-Skala wird zur Messung der Härte von weichen, flexiblen Materialien verwendet. Auf der anderen Seite ist Shore D für harte Materialien geeignet. Denken Sie daran, dass mit "hart" nicht irgendein Metall gemeint ist. Stattdessen zeigt es gehärtetes Gummi oder Kunststoffe an. Dieser Test funktioniert nicht bei komplexen, starren Materialien wie Metall und Legierungen.
7- Webster-Härtetest
Wie ich bereits sagte, ist der Shore-Test nur für weiche Materialien geeignet. Aber ich habe diesen Webster-Geschirrtest mitgebracht, wenn Sie die Härte von starren Materialien prüfen wollen. Das können Aluminium, Messing oder andere Metalle sein. Der Webster-Prüfer ähnelt einer Zange und klemmt das zu prüfende Material ein.
Sobald das Material eingespannt ist, drückt der Bediener auf den Griff des Webster-Geräts. Das Zusammendrücken erzeugt eine Kraft, die den Eindringkörper auf die Materialoberfläche drückt. Durch diesen Druck erzeugt der Eindringkörper einen Eindruck auf der Oberfläche des Materials. Die Bediener prüfen und analysieren diesen Eindruck, der die Härte des Materials angibt.
Dieser Webster-Tester wird in der Hand gehalten, und der Bediener hält ihn in der Hand, während er das Material prüft. Was mir an diesem Test gefällt, ist, dass er schnell und einfach durchzuführen ist. Jemand mit wenig Erfahrung und minimalen technischen Kenntnissen kann ihn durchführen. Außerdem ist dieser Webster-Tester relativ preiswert, ein großes Plus.
Abschluss
Wie bereits erwähnt, ist es wichtig, die Härte des Materials zu kennen. Sie hilft bei der richtigen Verwendung verschiedener Materialien zur Herstellung von Produkten. Es gibt jedoch verschiedene Härteprüfmaschinen. Ihre Funktionsweise, Verwendung und herausragenden Merkmale unterscheiden sich voneinander.
Ingenieure und Hersteller verwenden einen Materialtyp je nach dem zu prüfenden Material. Zum Beispiel wäre ein Shore-Test am besten geeignet, wenn sie weiches Material prüfen müssen. Ebenso eignen sich Rockwell- oder Brinell-Tests für die Prüfung starrer Materialien.