Prüfverfahren Härteprüfung
Härte
Im Alltag wird man ein Material (z.B. einen Kunststoff) als hart bezeichnen, wenn man einen anderen härteren Gegenstand (z.B. den eigenen Fingernagel) nicht oder nur wenig in das zu prüfende Material hineindrücken kann. Diese Grunderfahrung spiegelt sich auch in der Definition des Begriffes Härte wider:
Die darauf aufbauenden Verfahren zur Härteprüfung (drei sind in der Praxis zu finden) benutzen harte Prüfkörper (vorzugsweise Diamant), die in den zu prüfenden Werkstoff mit einer bestimmten Kraft hineingedrückt werden. Die Größe oder Tiefe des bleibenden Eindruckes wird vermessen und daraus der Härtewert gebildet. Da jedes Prüfverfahren andere Härtewerte liefert, muss zum Härtewert immer das Prüfverfahren angegeben werden. Im Gegensatz zum Zugversuch ist die Härteprüfung zerstörungsfrei, sie kann auch am fertigen Bauteil (z.B. Zahnrad) durchgeführt werden.
Härteprüfung nach Brinell
Von den drei gängigen Härteprüfverfahren (Vickers, Brinell und Rockwell) erläutern wir hier nur das Brinell-Verfahren. Wie schon beim Zugversuch ausgeführt wurde, sind auch die Härteprüfverfahren genormt, um zu reproduzierbaren Messergebnissen zu kommen.
Beim Brinell-Verfahren wird als Prüfkörper eine Hartmetallkugel verwendet, deren (genormter) Durchmesser sich nach der Dicke der Probe richtet.
Die Kugel wird mit der Prüfkraft F in ein poliertes Oberflächenstück der Probe gedrückt. Der bleibende Eindruck hat die Gestalt einer Kugelkappe. Der Eindruckdurchmesser d wird mit Hilfe einer optischen Vorrichtung vermessen, der Kugeldurchmesser D ist bekannt. Aus diesen Größen kann die Eindruckoberfläche berechnet werden. Nun ist die Oberfläche des Eindrucks natürlich nicht nur von der Härte des Werkstoffes abhängig, sondern auch von der Prüfkraft. Eine große Prüfkraft ergibt einen großen Eindruck, eine kleine einen kleinen Eindruck. Die Brinellhärte wird ohne Einheit vor den Zeichen „HB“ angegeben, z.B. 150 HB.
Die Härtewerte sind keine Größen, die allgemeingültige Eigenschaften von Werkstoffen wiedergeben oder mit denen man Rechnungen durchführen kann, wie beispielsweise mit dem E-Modul, sondern lediglich Vergleichszahlen. Aber selbst Vergleiche aus unterschiedlichen Werkstoffgruppen führen zu falschen Schlüssen und sollten deshalb unterbleiben. Das oben beschriebene Brinell-Verfahren wird nur für nicht besonders harte Metalle (bis 450 HB) eingesetzt.
Werkstoffe HB
Vergüteter Stahl 400
Wolfram 350
Baustahl 150
Al-Legierung 40
Cu-Legierung 25
Brinellhärten einiger Metalle
Bei den keramischen Stoffen stellt man eine Reihe von Stoffen zusammen, wobei der Vorgänger seinen Nachfolger anritzt: Diamant (als härtester Stoff) ritzt Borcarbid, dieses Siliciumcarbid, diese wiederum Korund (Al2O3) usw. Diese Ritzverfahren gehen auf MOHS (1811) zurück, der auf diese Weise eine Härteskala von zehn Mineralien zusammenstellte.