Härte
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Einordnung: Werkstoffeigenschaft | Mineralogie
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Härte ist der Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt.
Die Härte eines Körpers lässt Rückschlüsse auf sein Verschleißverhalten zu. Harte Brillengläser verkratzen weniger, harte Zahnräder nutzen langsamer ab. Bei der Auswahl von Werkzeugschneiden (Fräskopf, Drehmeißel) ist die Härte von besonderer Bedeutung, denn harte Schneiden bleiben länger scharf. Daneben werden durch steigende Härte auch andere Eigenschaften beeinflusst, z. B. Sprödigkeit, Zähigkeit und Festigkeit
| Inhaltsverzeichnis |
Härteprüfung
Härte lässt sich nur durch den Vergleich von mehreren Werkstoffen oder Werkstoffzuständen ermitteln.
Härteprüfung nach Mohs
Harte Werkstoffe ritzen weiche. Diese Einsicht ist Grundlage der Härteprüfung nach Friedrich Mohs. Mohs, ein Geologe, ritzte verschiedene Minerale gegeneinander und ordnete sie so nach ihrer Härte an. Durch das exemplarische Zuordnen von Zahlenwerten für ausgewählte Minerale entstand eine relative Härteskala, die Mohs-Skala, die in der Mineralogie in weitem Gebrauch ist. Angaben zur Härte von Mineralen beziehen sich immer auf die Mohs-Skala, falls nichts anderes angegeben ist. Zum Vergleich aufgeführt ist die auch als absolute Härte bezeichnete Schleifhärte nach Rosival, die einen besseren Eindruck von den tatsächlichen Härteverhältnissen gibt. Beide Härteskalen sind einheitslos.
| Härte | Mineral | absolute Härte | Bemerkungen |
|---|---|---|---|
| 1 | Talk | 0,03 | mit Fingernagel schabbar |
| 2 | Halit | 1,25 | mit Fingernagel ritzbar |
| 3 | Kalzit | 4,50 | mit Kupfermünze ritzbar |
| 4 | Fluorit | 5,00 | mit Messer leicht ritzbar |
| 5 | Apatit | 6,50 | mit Messer noch ritzbar |
| 6 | Orthoklas | 37,00 | mit Stahlfeile ritzbar |
| 7 | Quarz | 120,00 | ritzt Fensterglas |
| 8 | Topas | 175,00 | |
| 9 | Korund | 1000,00 | |
| 10 | Diamant | 140.000,00 | härtestes natürlich vorkommendes Mineral; nur von sich selber ritzbar |
In der Werkstoffkunde werden vor allem Prüfverfahren eingesetzt, welche die Eindringhärte messen. Dabei werden jeweils genormte Prüfkörper unter festgelegten Bedingungen in das Werkstück gedrückt; anschließend wird die Oberfläche oder Tiefe des bleibenden Eindruckes gemessen.
Härteprüfung nach Brinell
Die Härteprüfung nach Brinell kommt bei weichen bis mittelharten Metallen (DIN 1605) wie zum Beispiel unlegiertem Baustahl oder Aluminiumlegierungen, bei Holz (ISO 3350) und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge wie etwa Gusseisen zur Anwendung. Dabei wird eine Stahlkugel oder eine Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Nach dem letzten Stand der Normung ist eine Stahlkugel allerdings nicht mehr zulässig.
Nach einer Belastungszeit von mindestens 10 Sekunden wird der Durchmesser des bleibenden Eindrucks im Werkstück gemessen und daraus die Oberfläche des Eindrucks bestimmt. Das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche multipliziert mit dem Zahlenwert 0,102 bezeichnet man als die Brinellhärte. Bei Einsatz einer Hartmetallkugel wird der Härtewert mit HBW, bei einer Stahlkugel wurde er mit HBS gekennzeichnet.
Eine Abwandlung der klassischen Brinellprüfung ist die Prüfung mit dem Poldihammer (siehe Weblink unten). Hierbei wird der Eindruck der Kugel durch einen undefinierten Hammerschlag von Hand erzeugt, wobei die Kugel rückseitig auch in einen Metallstab mit definierter Härte eindringt. Aus dem Verhältnis der beiden Eindruckdurchmesser wird dann die Härte des Prüflings ausgerechnet. Diese Methode hat den Vorteil, dass mit ihr beliebig gelagerte Prüflinge und verbaute Bauteile vor Ort geprüft werden können. Die auf diese Weise ermittelten Härtewerte stimmen zwar nicht exakt mit den statisch ermittelten Härtewerten überein, für die in der Industrie gestellten Ansprüche sind sie jedoch in den meisten Fällen ausreichend. Die Bezeichnung "Poldi" stammt vom gleichnamigen Stahlwerk im tschechischen Kladno, wo diese Prüfmethode entwickelt wurde.
Bei un- und niedriglegierten Stählen kann aus der Brinellhärte mit gewisser Toleranz die Zugfestigkeit des Werkstoffes abgeleitet werden.
Härteprüfung nach Rockwell
Es existieren mehrere Härteprüfverfahren nach Rockwell, die für bestimmte Einsatzbereiche spezialisiert sind. Die unterschiedlichen Verfahren werden mit HR und einer anschließenden Kennung gekennzeichnet, z. B. HRB, HRC oder HR15N.
Die Rockwellhärte HRC eines Werkstoffes ergibt sich z. B. nach DIN EN 10004 aus der Eindringtiefe eines kegelförmigen Prüfkörpers aus Diamant: Mit einer festgelegten Prüfkraft wird dieser Kegel mit 120° Spitzenwinkel in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes eingedrückt. Die Eindringtiefe des Diamantkegels, die durch eine mit dem Prüfgerät verbundene Messuhr festgestellt wird, ist ein Maß für die Härte des Werkstoffes. Auf der Skala der Uhr kann man die Härtewerte in Rockwelleinheiten (HRC) unmittelbar ablesen. Dieses Prüfverfahren kommt vor allem bei sehr harten Werkstoffen zum Einsatz.
Die Rockwellprüfung ist sehr schnell, stellt aber hohe Ansprüche auf die Einspannung des Prüflings im Prüfgerät.
Härteprüfung nach Vickers
Der Brinellprüfung sehr ähnlich ist die Härteprüfung nach Vickers, die zur Prüfung harter und gleichmäßig aufgebauter Werkstoffe dient, aber auch zur Härteprüfung an dünnwandigen oder oberflächengehärteten Werkstücken und Randzonen eingesetzt wird. Im Gegensatz zur Rockwellprüfung wird eine gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° unter einer festgelegten Prüfkraft in das Werkstück eingedrückt. Aus der mittels eines Messmikroskops festgestellten Länge der Diagonalen des bleibenden Eindrucks wird die Eindruckoberfläche errechnet. Das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche ergibt mit dem Faktor 0,102 multipliziert die Vickershärte (HV).
Für Prüfungen vor Ort sind tragbare Geräte erhältlich, die magnetisch oder mechanisch auf dem Prüfstück befestigt werden.
Härteprüfung nach Knoop
Eine Sonderform der Vickers-Härteprüfung ist die Knoop-Härteprüfung. Die in der Vickers-Prüfung gleichseitige Diamantspitze hat in der Knoop-Prüfung eine rhombische Form. Es wird nur die lange Diagonale des Eindrucks ausgemessen. Die Knoop-Prüfung findet häufig Anwendung bei spröden Materialien wie z. B. Keramik oder Sinterwerkstoffen, bei der Härtemessung an Schichtsystemen stellt sie die genaueste Messmethode dar.
Härteprüfung nach Shore
Die Shore-Härte ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe. Der Shore-Härte-Prüfer für Gummi und ähnliche Werkstoffe besteht aus einem federbelasteten Stift, dessen elastische Eindringtiefe ein Maß für die entsprechende Shore-Härte des Materials ist, die auf einer Skala von 0 Sh bis 100 Sh gemessen wird. Eine hohe Zahl bedeutet eine große Härte.
- Shore-A wird angegeben bei Weichelastomeren nach Messung mit einer Nadel mit abgestumpfter Spitze.
- Shore-D wird angegeben bei Zähelastomeren nach Messung mit einer Nadel, die mit einem 30° Winkel zuläuft und nicht abgestumpft ist.
Siehe auch: Kohäsion
Sonstige
Daneben sind einige spezielle Härteprüfverfahren üblich:
- die Universalhärteprüfung
- der Kugeleindruckversuch für Kunststoffe
Härten
Die Härte von Stählen kann während der Fertigung beeinflusst werden - siehe auch Härten.
Weblinks
- weitere Weblinks
- Zusammenfassung zu den wichtigsten HärteprüfverfahrenPoldihammer
- Suche nach Härte Infos mit: Yahoo