Die Härteprüfung ist eines der wichtigsten Prüfverfahren, um die Qualität und Eignung von Werkstoffen zu bewerten. Dazu kommen je nach Anwendungsfall verschiedene Härteprüfverfahren zum Einsatz. Die wichtigsten Prüfverfahren sind die Härteprüfung nach Vickers (HV), Brinell (HBW) und Rockwell (HR). Alle Prüfverfahren bieten wir als akkreditierte Dienstleistung in unserem Prüflabor in Issum und Neuss an.
Typische Anwendungen sind z.B.:
Diese Härteprüfung eignet sich zur Prüfung aller metallischen Werkstoffe. Als Eindringkörper wird eine Diamantpyramide mit 136° verwendet und unter einer definierten Prüflast in die zu prüfende Probe eingedrückt. Der verbleibende Eindruck wird optisch vermessen und die Härte wird mittels einer Formel berechnet. Die Härteprüfung nach Vickers zeichnet sich durch einen großen Anwendungsbereich aus. Die Prüflasten erstrecken sich von wenigen Gramm bis hin zu 100 kg und mehr. Durch diesen großen Anwendungsbereich kommen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in Betracht, wie z.B. die Bestimmung der Einsatzhärtetiefe (HV1), Nitrierhärtetiefe (HV0,3), Kernhärtemessungen (HV30), Härtemappings, Bestimmung von Härteverläufen (CHD, NHD, SD, DS) nach DIN EN ISO 18203.
Die Härteprüfung nach Brinell eignet sich für weiche und mittelharte Werkstoffe. Als Eindringkörper kommt eine Wolframkarbidkugel mit einem Durchmesser zwischen 1 und 100 mm zum Einsatz. Dadurch entsteht auf der Werkstückoberfläche ein Eindruck mit einer runden Kontur, die ebenfalls optisch vermessen wird. Die Prüflasten liegen zwischen 1 und 3000 kg. Durch die Kombination Prüflast und Eindringkörper eignet sich dieses Verfahren auch für Werkstoffe mit einer groben oder inhomogener Gefügestrukturen (z.B. Gusseisen)
Die Härteprüfung nach Rockwell ist ein schnelles Prüfverfahren und eignet sich hauptsächlich für metallische Werkstoffe. Als Eindringkörper wird ein Diamantkegel verwendet. Die Rockwell-Härte (HR) wird durch Vermessen der Tiefe ermittelt und ist direkt ablesbar. Eine Vermessung des Eindruck ist im Gegensatz zu der Vickers- und Brinellhärte nicht notwendig. Dadurch sind aber spezielle Anforderungen an die Probe zu stellen, um eine fehlerfreie Prüfung zu gewährleisten. Je tiefer der Eindringkörper in das Material eindringt, desto weicher ist das Material. Die Prüflast wird in zwei Stufen, der Vorlast und der Hauptlast, aufgebracht.
Die UCI-Härteprüfung (Ultrasonic Contact Impedance) ist eine Methode zur Bestimmung der Härte von Metallen. Sie basiert auf dem Vickers-Verfahren, jedoch wird die Härte direkt während des Eindringvorgangs elektronisch gemessen. Diese Methode ist besonders geeignet für mobile Anwendungen und schwer zugängliche Stellen. Sie bietet schnelle, zuverlässige Ergebnisse und ist nach DIN 50159-1 und ASTM A1038 genormt.
Mittels der Umwertung von Härtewerten kann die Härte eines Materials von einer Skala in eine andere umgerechnet werden. Dies ist vor allem dann nützlich, wenn z.B. Härtewerte einer bestimmten Skala nicht ermittelt werden können oder das Prüfverfahren nicht zur Verfügung steht. Des Weiteren kann mit Hilfe der Umwertung auch Festigkeitswerte (Rm) aus der Härte oder umgekehrt abgeleitet werden.
Hinweis: Härtewertumwertungen sind kein Ersatz für direkte Härtemessungen und sollten stets mit Vorsicht angewendet werden.
Die DIN EN ISO 18265 definiert insgesamt 17 verschiedene Umwertungstabellen (siehe Übersicht), in denen die Umwertung für verschiedenen Legierungen und Wärmebehandlungszuständen festgelegt ist. Grundsätzlich sollte beachtet werden, dass die Umwertung nur für die in der Umwertungstabelle festgelegten Grenzen, Werkstoffe und Werkstoffzustände angewendet werden kann. Andersfalls können erhebliche Unsicherheiten auftreten. Die Umwertung selbst erfolgt durch einfaches der Härtewerte in der Tabelle. Liegt der gemessene Härtewert zwischen zwei Härtewerten in der Tabelle, so kann eine gewichtete Interpolation durchgeführt werden.
Umwertung von Härtewerten, die mittels HV1 ermittelt wurden
Wird eine Härte mit Vickers HV1 ermittelt, so kann dieser Härtewert nicht normgerecht umgewandelt werden. Die Unsicherheiten durch die Umwertung können sehr große werden. Eine Umwertung ist nicht zu empfehlen.
Wahl der falschen Umrechnungstabelle
Für jede Umwertungstabelle ist für eine bestimmte Werkstoffgruppe ist sogar auf fest definierte Werkstoffe beschränkt. Auch der Wärmebehandlungszustand muss evtl. zusätzlich berücksichtigt werden. Dies zeigt sich besonders gut am Beispiel des Vergütungsstahls 42CrMo4. So muss der 42CrMo4 im vergüteten Zustand mittels der Tabelle B.2 umgewertet werden, im normalgeglühten Zustand jedoch nach Tabelle B.3 und im gehärteten, jedoch nicht angelassenen Zustand nach Tabelle B.4.
Parteien haben sich auf keine Umwertungstabelle geeinigt
Die beteiligten Parteien sollten sich vorab auf die richtige Umwertungstabelle geeinigt haben. Dies verhindert den häufigen Fehler, dass die Parteien mittels unterschiedlichen Tabelle eine Umwertung vornehmen und so zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen.
Eine Umrechnung für Warmarbeitsstähle ist nicht vorhanden
Eine Umwertung für Warmarbeitsstähle ist nach der DIN EN ISO 18265 nicht möglich.
Für Anfragen, Fragen oder Anmerkungen melden Sie sich gerne bei unserem Ansprechpartner für Werkstoffprüfung und Seminare.
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Weitere InformationenT.F.W.W.-Projekt 20
Projektbericht 20 – Bestimmung modul- und werkstoffabhängiger Einsatzhärtungstiefen
Ausgangssituation und Projektanlass:
T.F.W.W.-Mitgliedsfirmen werden in zunehmendem Maße mit der Forderung konfrontiert, bei Zahnrädern an unterschiedlichen Positionen des Zahnprofils Einsatzhärtungstiefen zu garantieren. Dabei müssen dann Einflussgrößen wie Modul, Innen- und Außendurchmesser, Härtbarkeit und Einsatzhärtungstiefe berücksichtigt werden. Eine zerstörende Prüfung an Musterteilen ist in den meisten Fällen nicht möglich.
Versuchsprogramm und Untersuchungen:
1. Es werden Musterzahnräder mit den Modulen 2, 4 und 8 sowie unterschiedlichen Innendurchmessern aus folgenden Einsatzstählen hergestellt:
– 16MnCr5 +HH, 1.7131 und
– 18CrNiMo7-6 +HH, 1.6587
2. Für jede Abmessungs- und Werkstoffvariante werden drei Einsatzhärtungstiefen realisiert.
Nach Abschluss der Wärmebehandlungen erfolgen dann…
– die Bestimmung der Einsatzhärtungstiefe an sechs unterschiedlichen Positionen,
– die Bestimmung der Zahnfußhärte sowie
– die Bewertung der Gefügeausbildung.
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