Härtegrade und Härteprüfung im Vergleich
Im industriellen Einsatz finden unterschiedlichste Werkstoffe und Materialien Anwendung. Umfassende Kenntnisse über deren Materialeigenschaften sind absolute Voraussetzung für die Nutzung dieser Werkstoffe für einen definierten Einsatz im technischen Umfeld. Härteprüfungen sind eine Möglichkeit grundlegende Materialeigenschaften wie Härte/Zähigkeit und Festigkeit eines Werkstoffs wie beispielsweise Stahl zu ermitteln. Der Härtegrad spielt eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Werkstoffen. Die Härte eines Stahls gibt Aufschluss über seine mechanischen Eigenschaften, Verschleißfestigkeit und Eignung für bestimmte Anwendungen. In diesem Zusammenhang wurden verschiedene Härteprüfverfahren und -skalen entwickelt, um die Härte von Stahl genau zu bestimmen und zu klassifizieren. Dieser Artikel gibt einen Überblick über gängige Härteprüfmethoden und beschreibt einen möglichen Ablauf der Härtemessung. Eine Härtevergleichstabelle ermöglicht den Vergleich der bei den einzelnen Verfahren ermittelten Werte.
Verschiedene Härteprüfungen im Vergleich
Härteprüfungen sind entscheidend für die Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Stahlprodukten. Es gibt verschiedene Härteprüfungen z.B. nach Brinell, Rockwell, Shore und Vickers. Das gängigste Verfahren ist dabei die Härteprüfung nach Rockwell.
Härte nach Brinell
Die Härteprüfung nach Brinell war das erste Verfahren, bei dem direkte Werte berechnet werden konnten. Die Oberfläche des zu testenden Materials wird mit einem kugelförmigen Härtetestkörper aus Hartmetall bei einer bestimmten Prüfkraft (F) eingedrückt. Anschließend wird in der Regel der Durchmesser (d) des Eindrucks abgemessen. Die Härte errechnet sich wie folgt:
- D = Durchmesser der Kugel
- d = Durchmesser des Eindrucks
- F = Prüfkraft
- Umrechnungsfaktor 0,102 = Früher wurde für Härten die alte Maßeinheit Kilopond (kp) angegeben. Diese wird heute nicht mehr verwendet und der Umrechnungsfaktor dient der Ermittlung eines Wertes in Newton (1 kp entspricht 9,81 N)
In der Praxis wird die Härte aber im Messgerät angegeben und muss nicht berechnet werden. Das gilt für alle Verfahren.
Das Härteprüfverfahren nach Brinell ist in der DIN EN ISO 6506-1 genormt. Die aufzubringende Prüfkraft lässt sich dabei in Tabellen ablesen. Generell gilt, dass der Eindruck der Prüfkugel so groß wie möglich sein sollte, um möglichst viele Bestandteile darin zu erfassen.
Die Härteprüfung nach Brinell eignet sich für weiche bis mittelharte Werkstoffe, deren Härte nicht über 650 HBW liegt. Sie ist außerdem lastunabhängig.
Härte nach Vickers
Das Härteprüfverfahren nach Vickers ist dem Brinell-Verfahren ähnlich. Es wurde aus dem Umstand heraus entwickelt, dass sich das Prüfverfahren nach Brinell für weiche und mittelharte, nicht aber für sehr harte Werkstoffe eignet. Anstelle der Hartmetallkugel wird hier eine Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Öffnungswinkel von 136° zwischen den Spitzen verwendet. Der Winkel wurde so gewählt, um Vergleiche mit Brinell-Härten zu gewährleisten.
Die Form des Eindringkörpers ermöglicht es, auch mit hohen Kräften zu belasten (Aluminium bis Stahl). Eine Mindestprobendicke des Prüfstücks Smin ist Voraussetzung für das Verfahren. Die Probe muss mindestens 1,5 x die mittlere Länge der Eindruckdiagonale betragen (1,5 x d), damit sich der Prüfkörper nicht bis auf den Probenteller durchdrückt. Auch hier geben Normen wie z.B. DIN EN ISO 6507-1 die Mindestabstände zwischen den Prüfpunkten bzw. Eindrücken und zur Probenkante vor, damit Ergebnisse nicht durch Verformungen verfälscht werden. Der Härte nach Vickers wird zum Beispiel wie folgt angegeben: 210 HV 40/30 (Prüfkraft / Haltedauer der Prüfung). Sie berechnet sich nach folgender Formel:
Der Wert d2 errechnet sich aus der Länge der erste Diagonale d1 und der zweiten Diagonale d2, siehe auch die Auszeichnung in der Abbildung unten. Zunächst muss der Wert für d errechnet werden:
d2 errechnet sich dann wie folgt:
Härte nach Rockwell
Die Rockwell-Härte ermittelt man z.B. ähnlich dem Brinell-Verfahren mit einer Stahlkugel oder ähnlich dem Vickers-Verfahren mit einem Diamantkegel mit 120°-Winkeln. Als Maß gilt hier die Eindringtiefe und nicht der Durchmesser des Eindrucks. Je nach Verfahrensmethode wird die Rockwell-Härte in HRA, HRB, HRC oder HRF angegeben, wobei HR für Härteprüfung nach Rockwell und der Buchstabe für das Verfahren steht. Der Prüfkörper wird wie folgt mit Kraft belastet:
- Rockwell A: Fv= 98.07 N, FZ = 490.3 N
(Diamantkegel, Referenztiefe 0.2 mm - für sehr harte Werkstoffe und Hartmetalle) - Rockwell B: Fv= 98.07 N, FZ = 882.6 N
(Hartmetallkugel, Referenztiefe 0.2 mm - für Werkstoffe mittlerer Härte z.B. Stahl und Messing) - Rockwell C: Fv= 98.07 N, FZ = 1373 N
(Diamantkegel, Referenztiefe 0.2 mm - für gehärtete Stähle) - Rockwell F: Fv= 98.07 N, FZ = 490.3 N
(Hartmetallkugel, Referenztiefe 0.26 mm - für Feinbleche, weiches Kupfer oder weiches Messing)
Das Prüfverfahren kann dabei wie folgt aussehen:
Im ersten Schritt (1) wird der Eindringkörper mit der Prüfvorkraft (Fv) belastet und dringt dabei ein wenig in die Probe ein (Bezugsebene - - - Linie). Im zweiten Schritt (2) wird zusätzlich die Prüfzusatzkraft (FZ) aufgebracht, wodurch nun die Prüfgesamtkraft auf die Probe wirkt. Im letzten Schritt (3) wird die Prüfzusatzkraft wieder entfernt und die bleibende Eindringtiefe (h) kann nun abgemessen werden.
Die Formel für die Berechnung mit Diamantkegel lautet wie folgt:
S entspricht der Skaleneinteilung auf der Messuhr (Meist entsprechen 100 Skalenteile 0.002 mm).
Die Formel für die Berechnung mit einer Hartmetallkugel lautet wie folgt:
Welche Rockwell-Skala gewählt wird und hängt ab von: Materialhärte, Werkstückdicke, eventuell vorhandene gehärtete Oberfläche (wie z.B. Nitrierhärtung). Der Diamantkegel wird dabei vor allem für vergüteten oder gehärteten Stahl verwendet und die Stahlkugel vorrangig für weichere Materialien. Im MISUMI-Shop finden Sie passende Diamanteindrückkörper.
Härte nach Shore
Die Shore-Härteprüfung wird hauptsächlich für elastische Materialien wie Gummi, Kunststoffe, Gele oder Schaumstoffe verwendet. Auch hier wird ein spezieller Prüfkörper mit einer definierten Kraft ins Material eingedrückt. Als Maßstab gilt die Eindringtiefe. Es gibt sechs verschiedene Skalen:
- Shore 00: für ganz weiche Materialien wie z.B. Silikon, Gele.
- Shore 0: für weiche, aber etwas widerstandsfähigere Materialien.
- Shore A: für mittelharte elastische Materialien (z.B. Naturkautschuk, synthetische Elastomere, flexible Kunststoffe, weiche Gummis)
- Shore B: für elastische Materialien mit höherer Steifigkeit (z.B. harte Gummimischungen)
- Shore C: für härtere Materialien (z.B. thermoplastische Elastomere, harte Kunststoffe, gehärtete Gummis)
- Shore D: für zähe Elastomere und Thermoplasten, wie z.B. POM (Polyoxymethylene), PE (Polyethylen) und PA (Polyamiden)
Für die meisten industrielle Anwendungsfälle sind die Shore-A-Härte und die Shore-D-Härte relevant.
Messen lässt sich die Shore-Härte z.B. mit einem Durometer. Dieses wird per Hand gegen das zu prüfende Objekt gedrückt und zeigt dann den entsprechenden Wert. Es ist zu beachten, dass Durometer Werte von je nur eine Shore-Skala anzeigen, das heißt es gibt Shore-A-Durometer usw. Durometer gibt es auch in unserem MISUMI-Shop.
Härtegradumrechnung
Es ist nicht vorgeschrieben, welche Härteprüfung standardmäßig zu verwenden ist. Unterschiedliche Industrien und Labore verwenden deshalb auch unterschiedliche Messverfahren. Um die verschiedenen Härtegrade dennoch miteinander vergleichen zu können, liefert z.B. die DIN EN ISO 18265 eine Härtevergleichstabelle für unlegierte und niedrig legierte Stähle und Stahlguss:
| (HRC) Rockwellhärte Skala C |
(HV) Vickershärte |
Brinellhärte (HB) 10mm Kugel, Last 3000kgf |
Rockwellhärte (*3) | Rockwellhärte Diamantkegel-Eindringkörper | (Hs) Shore-Härte |
Zugfestigkeit (angenäherter Wert) Mpa (kgf/mm2)(*2) |
Rockwellhärte Skala C (*3) |
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| Standardkugel | Wolframkarbidkugel | (HRA) Skala A, Last 60kgf, Diamantkegel- Eindringkörper |
(HRB) Skala B, Last 100 kgf, Durchm. 1.6 mm (1/16 in) Kugel |
(HRD) Skala D, Last 100 kgf, Diamantkegel-Eindringkörper |
15-N Skala, Last 15 kgf |
30-N Skala, Last 30 kgf |
45-N Skala, Last 45 kgf |
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| 68 | 940 | − | − | 85.6 | − | 76.9 | 93.2 | 84.4 | 75.4 | 97 | − | 68 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 67 | 900 | − | − | 85 | − | 76.1 | 92.9 | 83.6 | 74.2 | 95 | − | 67 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 66 | 865 | − | − | 84.5 | − | 75.4 | 92.5 | 82.8 | 73.3 | 92 | − | 66 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 65 | 832 | − | (739) | 83.9 | − | 74.5 | 92.2 | 81.9 | 72 | 91 | − | 65 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 64 | 800 | − | (722) | 83.4 | − | 73.8 | 91.8 | 81.1 | 71 | 88 | − | 64 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 63 | 772 | − | (705) | 82.8 | − | 73 | 91.4 | 80.1 | 69 9 | 87 | − | 63 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 62 | 746 | − | (688) | 82.3 | − | 72.2 | 91.1 | 79.3 | 68.8 | 85 | − | 62 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 61 | 720 | − | (670) | 81.8 | − | 71.5 | 90.7 | 78.4 | 67.7 | 83 | − | 61 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 60 | 697 | − | (654) | 81.2 | − | 70.7 | 90.2 | 77.5 | 66.6 | 81 | − | 60 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 59 | 674 | − | (634) | 80.7 | − | 69.9 | 89.8 | 76.6 | 65.5 | 80 | − | 59 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 58 | 653 | − | 615 | 80.1 | − | 69.2 | 89.3 | 75.7 | 64.3 | 78 | − | 58 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 57 | 633 | − | 595 | 79.6 | − | 68.5 | 88.9 | 74.8 | 63.2 | 76 | − | 57 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 56 | 613 | − | 577 | 79 | − | 67.7 | 88.3 | 73.9 | 62 | 75 | − | 56 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 55 | 595 | − | 560 | 78.5 | − | 66.9 | 87.9 | 73 | 60.9 | 74 | 2075 (212) | 55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 54 | 577 | − | 543 | 78 | − | 66.1 | 87.4 | 72 | 59.8 | 72 | 2015 (205) | 54 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 53 | 560 | − | 525 | 77.4 | − | 65.4 | 86.9 | 71.2 | 58.5 | 71 | 1950 (199) | 53 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 52 | 544 | (500) | 512 | 76.8 | − | 64.6 | 86.4 | 70.2 | 57.4 | 69 | 1880 (192) | 52 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 51 | 528 | (487) | 496 | 76.3 | − | 63.8 | 85.9 | 69.4 | 56.1 | 68 | 1820 (186) | 51 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 50 | 513 | (475) | 481 | 75.9 | − | 63.1 | 85.5 | 68.5 | 55 | 67 | 1760 (179) | 50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 49 | 498 | (464) | 469 | 75.2 | − | 62.1 | 85 | 67.6 | 53.8 | 66 | 1695 (173) | 49 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 48 | 484 | 451 | 455 | 74.7 | − | 61.4 | 84.5 | 66.7 | 52.5 | 64 | 1635 (167) | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 47 | 471 | 442 | 443 | 74.1 | − | 60.8 | 83.9 | 65.8 | 51.4 | 63 | 1580 (161) | 47 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 46 | 458 | 432 | 432 | 73.6 | − | 60 | 83.5 | 64.8 | 50.3 | 62 | 1530 (156) | 46 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 45 | 446 | 421 | 421 | 73.1 | − | 59.2 | 83 | 64 | 49 | 60 | 1480 (151) | 45 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 44 | 434 | 409 | 409 | 72.5 | − | 58.5 | 82.5 | 63.1 | 47.8 | 58 | 1435 (146) | 44 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 43 | 423 | 400 | 400 | 72 | − | 57.7 | 82 | 62.2 | 46.7 | 57 | 1385 (141) | 43 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 42 | 412 | 390 | 390 | 71.5 | − | 56.9 | 81.5 | 61.3 | 45.5 | 56 | 1340 (136) | 42 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 41 | 402 | 381 | 381 | 70.9 | − | 56.2 | 80.9 | 60.4 | 44.3 | 55 | 1295 (132) | 41 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | 392 | 371 | 371 | 70.4 | − | 55.4 | 80.4 | 59.5 | 43.1 | 54 | 1250 (127) | 40 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 39 | 382 | 362 | 362 | 69.9 | − | 54.6 | 79.9 | 58.6 | 41.9 | 52 | 1215 (124) | 39 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 38 | 372 | 353 | 353 | 69.4 | − | 53.8 | 79.4 | 57.7 | 40.8 | 51 | 1180 (120) | 38 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 37 | 363 | 344 | 344 | 68.9 | − | 53.1 | 78.8 | 56.8 | 39.6 | 50 | 1160 (118) | 37 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 36 | 354 | 336 | 336 | 68.4 | -109 | 52.3 | 78.3 | 55.9 | 38.4 | 49 | 1115 (114) | 36 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 35 | 345 | 327 | 327 | 67.9 | -108.5 | 51.5 | 77.7 | 55 | 37.2 | 48 | 1080 (110) | 35 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 34 | 336 | 319 | 319 | 67.4 | -108 | 50.8 | 77.2 | 54.2 | 36.1 | 47 | 1055 (108) | 34 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 33 | 327 | 311 | 311 | 66.8 | -107.5 | 50 | 76.6 | 53.3 | 34.9 | 46 | 1025 (105) | 33 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 32 | 318 | 301 | 301 | 66.3 | -107 | 49.2 | 76.1 | 52.1 | 33.7 | 44 | 1000 (102) | 32 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 31 | 310 | 294 | 294 | 65.8 | -106 | 48.4 | 75.6 | 51.3 | 32.7 | 43 | 980 (100) | 31 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 30 | 302 | 286 | 286 | 65.3 | -105.5 | 47.7 | 75 | 50.4 | 31.3 | 42 | 950 (97) | 30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 29 | 294 | 279 | 279 | 64.7 | -104.5 | 47 | 74.5 | 49.5 | 30.1 | 41 | 930 (95) | 29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 28 | 286 | 271 | 271 | 64.3 | -104 | 46.1 | 73.9 | 48.6 | 28.9 | 41 | 910 (93) | 28 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 27 | 279 | 264 | 264 | 63.8 | -103 | 45.2 | 73.3 | 47.7 | 27.8 | 40 | 880 (90) | 27 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 26 | 272 | 258 | 258 | 63.3 | -102.5 | 44.6 | 72.8 | 46.8 | 26.7 | 38 | 860 (88) | 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 25 | 266 | 253 | 253 | 62.8 | -101.5 | 43.8 | 72.2 | 45.9 | 25.5 | 38 | 840 (86) | 25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 24 | 260 | 247 | 247 | 62.4 | -101 | 43.1 | 71.6 | 45 | 24.3 | 37 | 825 (84) | 24 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 23 | 254 | 243 | 243 | 62 | 100 | 42.1 | 71 | 44 | 23.1 | 36 | 805 (82) | 23 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 22 | 248 | 237 | 237 | 61.5 | 99 | 41.6 | 70.5 | 43.2 | 22 | 35 | 785 (80) | 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 21 | 243 | 231 | 231 | 61 | 98.5 | 40.9 | 69.9 | 42.3 | 20.7 | 35 | 770 (79) | 21 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | 238 | 226 | 226 | 60.5 | 97.8 | 40.1 | 69.4 | 41.5 | 19.6 | 34 | 760 (77) | 20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (18) | 230 | 219 | 219 | − | 96.7 | − | − | − | − | 33 | 730 (75) | (18) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (16) | 222 | 212 | 212 | − | 95.5 | − | − | − | − | 32 | 705 (72) | (16) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (14) | 213 | 203 | 203 | − | 93.9 | − | − | − | − | 31 | 675 (69) | (14) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (12) | 204 | 194 | 194 | − | 92.3 | − | − | − | − | 29 | 650 (66) | (12) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (10) | 196 | 187 | 187 | − | 90.7 | − | − | − | − | 28 | 620 (63) | (10) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (8) | 188 | 179 | 179 | − | 89.5 | − | − | − | − | 27 | 600 (61) | (8) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (6) | 180 | 171 | 171 | − | 87.1 | − | − | − | − | 26 | 580 (59) | (6) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (4) | 173 | 165 | 165 | − | 85.5 | − | − | − | − | 25 | 550 (56) | (4) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (2) | 166 | 158 | 158 | − | 83.5 | − | − | − | − | 24 | 530 (54) | (2) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (0) | 160 | 152 | 152 | − | 81.7 | − | − | − | − | 24 | 515 (53) | (0) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Ablauf einer Härtemessung
Der Ablauf einer Härtemessung könnte wie folgt aussehen: Vor der Prüfung muss die Probe vorbereitet werden, d.h. Verunreinigungen auf der Oberfläche müssen durch Schleifen entfernt werden und die Probe gereinigt werden. Der Prüfkörper wird anschließend auf den Probenteller gelegt und solang verschoben, bis die gewünschte Stelle erreicht ist. Es ist wichtig, nicht zu weit am Rand zu testen, da es sonst durch Deformierungen zu verfälschten Ergebnissen kommen kann. Über die Prüfoptik lässt sich erkennen, wann die Position korrekt eingestellt wird (das Bild wird scharf). Das Prüfstück wird nun planparallel eingespannt und die Prüfung kann starten. Langsam, aber stetig, wird die ermittelte Prüfkraft durch Betätigen des Hebels aufgebracht. Idealerweise wird der Endwert zwischen 2 und 8 Sekunden erreicht und dann für maximal 15 Sekunden gehalten. Der Hebel wird nun sanft zurückgedrückt und der Druck weggenommen.
In Alltag sind derartige Messungen jedoch sehr praxistauglich, da mitunter auch mal vor Ort direkt am Werkstoff der Härtegrad überprüft wird. Dafür gibt es auch mobile Messgeräte zum Einsatz direkt vor Ort:
Anwendbarkeit der verschiedenen Härteprüfungen
In der nachfolgenden Tabelle werden die Verfahren miteinander verglichen:
| Testverfahren (Norm) | Anwendbare Werkstoffe | Bestimmungsgrößen | Eigenschaften | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Härte nach Brinell (DIN EN ISO 6506-1) |
Weiche bis mittelharte Werkstoffe z.Bsp. Nichteisenmetalle, inhomogenen Werkstoffe, weiche Metalle, weichgeglühte Stähle |
Prüfkraft F in N Kugeldurchmesser in mm Eindruckdurchmesser in mm |
- geeignet für inhomogene und porige Werkstoffe wie Grauguss oder geschmiedete Produkte, da die Eindrückung groß ist. - nicht geeignet für kleine oder dünne Proben - nicht für harte und sehr harte Werkstoffe geeignet |
JIS Z 2243 |
| Härte nach Rockwell (DIN EN ISO 6508-1) |
mit Prüfkugel: Kunststoffe, Kohlenstoff sowie weiche bis mittelharte Metalle mit Diamantkegel (HRC):harte bis sehr harte Werkstoffe |
Prüfkraft F in N Eindringtiefe des jeweiligen Prüfkörpers in mm gemäß Verfahrensmethode (HRA,HRB,HRC,HRF) |
- der Härtewert kann schnell ermittelt werden. - geeignet für eine Zwischenprüfung von bereits fertigen Produkten - verschiedene Typen der Rockwell-Härte sind zu berücksichtigen |
JIS Z 2245 |
| Härte nach Shore (DIN ISO 7619-1) |
Elastomere oder thermoplastische Elastomere z. Bsp. Schaumstoffe, Gummi, weiche, mittelharte bis harte Kunsstoffe |
Prüfkraft F in N Eindringtiefe des jeweiligen Prüfkörpers gemäß Skala (Shore 00, Shore 0, Shore A, Shore B, Shore C, Shore D) |
- einfach durchzuführen - Daten schnell ermittelbar - zu testender Werkstoff muss eine ebene, glatte Oberfläche haben - zu prüfendes Material muss bei standardisierter Temperatur gelagert werden - Umgebunstemperatur und Luftfeuchtigkeit müssen konstant gehalten und Wartezeiten berücksichtigt werden - der Eindruck ist klein und eignet sich für die Prüfung bereits fertiger Produkte - kompakt und leicht, tragbar - Skalen verwenden unterschiedliche Druckstifte und Kräfte |
JIS Z 2246 |
| Härte nach Vickers (DIN EN ISO 6507-1) |
Weiche, mittelharte bis sehr harte Werkstoffe (Metalle und Keramik) z.Bsp. Materialien mit einer gehärteten Schicht durch Induktionshärten, Aufkohlen, Nitrieren, galvanische oder keramische Beschichtung usw. |
Prüfkraft F in N Arithmetisches Mittel der 2 Eindruckdiagonalen in mm |
- der Eindringkörper ist aus Diamant und kann damit Materialien jeder Härte testen - nicht für poriges Material geeignet homogenes Gefüge erforderlich |
JIS Z 2244 |
Egal für welches Verfahren Sie sich entscheiden: Im MISUMI-Shop finden Sie eine Reihe an Härtemessgeräten.
Härtegrade von Stahl
Der Härtegrad von Stahl gibt an, wie widerstandsfähig das Material gegen plastische Verformung oder Eindringen ist. Es ist ein Maß für die Härte (gegen Eindringen eines Körpers) oder Festigkeit (gegen Bruch oder irreversible Deformation) des Stahls. Verschiedene Härtegrade von Stahl können durch gezielte Wärmebehandlungen erreicht werden. Durch Umlagern, Einbringen oder Aussondern von Stoffteilchen entsteht so ein neues Gefüge mit den gewünschten Eigenschaften:
- Umlagern: Glühen, Anlassen, Härten, Vergüten, Aushärten
- Einbringen: Aufkohlen, Nitrieren
- Aussondern: Entkohlen (Tempern)
Der Einfluss verschiedener Stahlhärten
Die Art der Legierung in ihrer feinsten Zusammensetzung beeinflusst direkt die Möglichkeiten der Härtung und Härteverfahren. Es muss immer zwischen Härte und Zähigkeit abgewogen werden. Die jeweiligen verschiedenen Härtbarkeiten von Stählen bringen jeweils Vorteile und Nachteile mit sich. Um den richtigen Stahl für den gewünschten Einsatzzweck zu finden, sollten diese daher sorgfältig abgewogen werden. Die Härte von Stahl kann wie folgt Einfluss nehmen:
Einfluss zunehmender Härte auf Zähigkeit und mechanische Bearbeitbarkeit
Die Härte von Stahl beeinflusst die Zähigkeit und mechanische Bearbeitbarkeit. Zähigkeit beschreibt, wie gut ein Material Belastungen (z.B. plötzliche Stoß- oder Schlagbelastung) widerstehen kann, ohne zu brechen.
Weicherer Stahl ist zäher als härterer Stahl. Er lässt sich deshalb leichter verformen und bearbeiten. Härterer Stahl ist hingegen spröder und bricht unter hohen Belastungen schneller. Gleichzeitig weist er aber eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb und Eindringen auf.
Die folgende Abbildung bietet einen Überblick über Härte, Zähigkeit und das Zusammenspiel beider in verschiedenen Stahlsorten:
Zusammenspiel aus Härte und Zähigkeit
Während auf der linken Seite die Härte Richtung Baustahl abnimmt, steigt gleichzeitig die Zähigkeit auf der rechten Seite.
Die Härte von Stahl beeinflusst auch die Werkzeugauswahl. Härterer Stahl führt zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß. Typische Verschleißerscheinungen sind Abstumpfen oder Beschädigungen an der Klinge. Außerdem müssen beim Bearbeiten von gehärtetem Stahl ggf. die Schneidbedingungen angepasst werden, z.B. reduzierte Schnittgeschwindigkeiten. Neben Anpassungen der Schnittgeschwindigkeit und Schneidbedingungen ist es je nach Härte des Stahls notwendig, speziell angepasste Fräser und Schneidwerkzeuge einzusetzen. Zu diesem Zweck gibt es im MISUMI-Shop eine breite Auswahl an Werkzeugen für spanende Fertigungsverfahren.