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Rockwell
Die Rockwell-Härteprüfung
Stanley P. Rockwell erfand die Rockwell-Härteprüfung. Er war Metallurge bei einem großen Kugellagerunternehmen und suchte nach einer schnellen zerstörungsfreien Methode, mit der bestimmt werden konnte, ob das Wärmebehandlungsverfahren, das auf die Lagerlaufbahnen angewendet wurde, erfolgreich war. Die einzigen Härteprüfverfahren, die ihm zu jener Zeit zur Verfügung standen, waren die Verfahren nach Vickers und Brinell und das Skleroskop. Die Härteprüfung nach Vickers war zu zeitaufwändig, die Eindrücke beim Verfahren nach Brinell waren zu groß für seine Proben und das Skleroskop war, besonders bei seinen kleinen Prüfstücken, schwierig in der Handhabung.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, erfand er das Rockwell-Prüfverfahren. Diese einfache Abfolge der Prüfkraftaufbringung erwies sich als entscheidender Vorteil für Härteprüfungen. Damit konnte der Benutzer in nur wenigen Sekunden auf verschieden großen Proben eine exakte Härteprüfung durchführen.
Die Rockwell-Prüfverfahren sind in folgenden Normen definiert:
ASTM E18 Metalle
ISO 6508 Metalle
ASTM D785 Kunststoffe
Arten der Rockwell-Prüfung
Es gibt zwei Arten von Prüfungen nach Rockwell:
1. Rockwell: die Mindestprüfkraft beträgt 10 kgf, die Höchstprüfkraft 60, 100 oder 150 kgf.
2. Superficial Rockwell: die Mindestprüfkraft beträgt 3 kgf und die Höchstprüfkraft 15, 30 oder 45 kgf.
In beiden Verfahren können die Eindringkörper je nach den Eigenschaften des zu prüfenden Materials entweder aus einem Diamantkegel oder einer Hartmetallkugel bestehen.
Rockwell-Skalen
Die Rockwell-Härtewerte werden als Kombination einer Härtezahl und eines Skalensymbols ausgedrückt, die den Eindringkörper und die Mindest- und Höchstprüfkraft angeben. Die Härtezahl wird durch das Symbol HR und die Skalenbezeichnung ausgedrückt.
Die Rockwell-Härteprüfung basiert auf einem umgekehrten Verhältnis zur Messung der zusätzlichen Eindringtiefe, die ein Eindringkörper durch Aufbringen einer hohen Gesamtprüfkraft (Hauptprüfkraft) bewirkt, also der Eindringtiefe, die über die Eindringtiefe hinaus geht, die aus einer zuvor aufgebrachten Prüfvorkraft (Nebenprüfkraft) resultiert. Zuerst wird eine Prüfvorkraft aufgebracht und eine Nullposition festgelegt. Daraufhin wird die Hauptprüfkraft für eine bestimmte Zeitdauer aufgebracht und dann zurückgenommen; die Nebenprüfkraft bleibt bestehen. Die sich daraus ergebende Rockwell-Zahl gibt den Unterschied der Eindringtiefe von der Nullposition aus als Ergebnis des Aufbringens der Hauptprüfkraft an. Der gesamte Vorgang dauert nur ein paar Sekunden; bis zu maximal 15 Sekunden für die Prüfung von Kunstoffen. Beim Rockwell-Verfahren erhalten Sie die Ergebnisse schnell und direkt, ohne dass weitere dimensionale Messungen durchgeführt werden müssen.
Der am häufigsten verwendete Eindringkörper ist ein Diamantkegel mit einem spitzen Winkel von 120 Grad zum Prüfen von gehärtetem Stahl und Karbiden. Weichere Materialien werden üblicherweise unter Anwendung von Wolframkarbidkugeln mit Durchmessern zwischen 1/16 Zoll und 1/2 Zoll geprüft. Die Kombination von Eindringkörper und Prüfkraft bildet die Rockwell-Skala. Aus diesen Kombinationen ergeben sich 30 verschiedenen Skalen. Diese Kombinationen werden als eigentliche Härtezahl ausgedrückt, gefolgt von den Buchstaben HR und dann der jeweiligen Skala. Eine ermittelte Härtezahl von 63 HRC bedeutet eine Härte von 63 auf der Rockwell-C-Skala. Höhere Werte weisen auf härtere Materialien wie gehärteten Stahl oder Wolframkarbid hin. Diese Stoffe können HRC-Werte von mehr als 70 HRC aufweisen. Rockwell-Prüfkräfte können entweder durch Kraftmessdosen im geschlossenen Regelkreis (closed-loop) oder durch herkömmliche Totgewichtsysteme aufgebracht werden.
Vickers
Die Vickers-Härteprüfung
Die Makrohärteprüfung, meist Vickers-Prüfung genannt, besteht darin, einen Eindringkörper mit einer bestimmten Form in eine Prüfoberfläche zu pressen. Im Gegensatz zur Rockwell-Prüfung wird beim Vickers-Verfahren nur eine einzige Prüfkraft aufgebracht. Der daraus resultierende Eindruck bzw. der nicht in den ursprünglichen Zustand zurückgehende Bereich wird dann mit Hilfe eines Hochleistungsmikroskops in Kombination mit filaren Messokularen, oder automatisch durch Bildgebungsanalysesoftware, gemessen. Der Vickers-Diamant erzeugt eine quadratische Pyramidenform mit einer Eindrucktiefe von etwa 1/7 der Länge der Diagonalen. Die Vickers-Prüfung verfügt zur Abdeckung aller Prüferfordernisse über zwei deutlich voneinander getrennte Prüfkraftbereiche, den Mikrobereich (10 - 1000 g) und den Makrobereich (1 - 100 kg). Der Eindringkörper ist für beide Bereiche gleich, daher sind die Vickers-Härtebereiche über die gesamte Härtespanne für Metalle fortlaufend (üblicherweise 100HV - 1000HV).
Vickers-Prüfungen werden meist als Makroeindruck-Prüfungen bezeichnet und für unterschiedlichste Materialien wie oberflächengehärtete Komponenten und Stahlkomponenten verwendet. Die Eindrücke beim Vickers-Verfahren sind auch weniger von der Oberflächenbeschaffenheit abhängig als die Eindrücke beim Knoop-Verfahren. Der Härtewert wird mit einer Formel bestimmt, in die sowohl der gemessene Bereich als auch die aufgebrachte Prüfkraft eingehen. Tabellen oder automatische elektronische oder Bildgebungsmessungen sind allerdings weiter verbreitet und praktischer zur Gewinnung von Vickers Härtewerten.
Brinell
Die Brinell-Härteprüfung
Eine weitere bekannte Härteprüfung, das Brinell-Verfahren, besteht darin, während eines festgelegten Zeitraums von 10 - 30 Sekunden mit Hilfe einer Wolframkarbidkugel mit einem Durchmesser von 5 oder 10 mm eine konstante Last oder Kraft aufzubringen, in der Regel zwischen 500 und 3000 kgf. Diese Zeitspanne ist notwendig, um sicherzustellen, dass das Fließverhalten des Metalls eingestellt ist. Bei speziellen Anwendungen werden zuweilen geringere Prüfkräfte und kleinere Kugeldurchmesser verwendet. Ähnlich wie beim Knoop- und Vickers-Verfahren wird beim Brinell-Verfahren nur eine einzige Prüfkraft aufgebracht. Nach Abnahme der Prüfkraft wird der daraus resultierende verbleibende runde Eindruck entlang den Diagonalen im rechten Winkel gemessen und in der Regel mit einem einfachen Mikroskop oder einem automatischen Messgerät in Millimetern erfasst.
Die eigentliche Brinell-Härte (BHN) wird durch das Verhältnis zwischen Eindruckgröße und Prüfkraft berechnet, wobei es nicht notwendig ist, die Rechnung für jede Prüfung tatsächlich durchzuführen. Die Berechnungen wurden bereits durchgeführt und stehen für die verschiedenen Kombinationen von Eindruckdurchmessern und Prüfkräften in Tabellenform zur Verfügung. Außerdem gibt es für diese Aufgaben verschiedene Geräte zum automatischen Ablesen der Brinell-Werte.
Das Brinell-Verfahren wird meist für die Prüfung von Aluminum- und Kupferlegierungen (mit geringeren Prüfkräften) sowie von Stahl und Gusseisen (mit höheren Prüfkräften) angewendet. Stark gehärteter Stahl und ähnliche Materialien werden normalerweise nicht mit dem Brinell-Verfahren geprüft; das Brinell-Verfahren ist jedoch für bestimmte Oberflächenausführungen besonders geeignet, da es auf Grund der Größe des Eindringkörpers und der hohen Prüfkraft toleranter in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit des Prüfstücks ist. Brinell-Härteprüfmaschinen werden oft so konstruiert, dass sie große Prüfstücke wie Motorgussteile und Rohre mit großem Durchmesser aufnehmen können.
Tragbare
Tragbare Härteprüfmaschinen
Als bequeme Lösung für Situationen, in denen eine Härteprüfung mit Tisch- oder Bodengeräten nicht möglich ist, haben wir eine Reihe von tragbaren Härteprüfmaschinen entwickelt. Tragbare Härteprüfmaschinen werden je nach ihrer Prüfskala in verschiedene Klassen eingeteilt und eignen sich für die Prüfung von großen Teilen wie Rohre, Schneidplatten, Motorblöcke, gestapelte Bleche oder Rohre in Regalen. Tragbare Härteprüfmaschinen stehen für die Verfahren nach Vickers (UCI) und Leeb zur Verfügung. Das UCI (ultrasonic contact impedance) Verfahren beruht auf der Dämpfung eines in Schwingung versetzten Stabes mit Vickersdiamant nach Aufbringung auf das Probenmaterial. Der tragbare Leeb-Härteprüfer ermittelt die Härte mittels Messung der Rückprallgeschwindigkeit eines kleinen Schlagbolzens nach dem Aufprall auf das Probenmaterial. Die Ergbenisse beider Härteprüfer können beliebig konvertiert werden.
