Wenn es um die Qualität von Werkstoffen geht, ist die Härte eines Materials ein wichtiger Parameter für die Qualitätskontrolle, die Entwicklung neuer Legierungen und materialbezogene Aufgaben.
In diesem Blogartikel werden mehrere wichtige Fragen zur Materialhärte beantwortet und wie sie mittels Makrohärte- und Mikrohärtetests gemessen wird. Zudem können Sie mehr über einen einfachen Software-Workflow, der die Mikrohärteprüfung nach Vickers und Knoop erleichtert.
Was ist Härte?
Die Härte gibt die Fähigkeit an, wie gut ein Material einer Verformung standhält, d. h. einer Änderung bezüglich der Größe oder Form aufgrund physikalischer Kräfte. Die Fähigkeit, die Härte von Materialien objektiv messen und vergleichen zu können, ist der Schlüssel zur Auswahl des richtigen Materials für eine geeignete Anwendung.
Wie wird die Härte geprüft?
Die Härte wird in einem Test gemessen, bei dem ein genormter Eindringkörper unter einer bestimmten Kraft in einer festgelegten Zeit in die Oberfläche des Materials gedrückt wird. Dieser Test kann für verschiedene Materialarten angewendet werden, wie Metalle und Legierungen, Keramik, Polymere und Folien.
Makrohärteprüfung und Mikrohärteprüfung: Was ist der Unterschied?
Im Allgemeinen werden größere Proben mit der Makrohärteprüfung geprüft, während kleinere Objekte mit der Mikrohärteprüfung gemessen werden. Beide Prüfungsarten werden nach internationalen Standards und Normen durchgeführt, z. B. der Internationalen Organisation für Normung (ISO) und der American Society for Testing and Materials (ASTM).
Ein kurzer Überblick zu beiden Methoden:
1. Makrohärteprüfung
Bei der Makrohärteprüfung wird die Härte eines Materials in einem größeren Maßstab unter schweren Lasten gemessen, in der Regel über 1 kg oder etwa 10 Newton (N). Prüfer verwenden diesen Test für Materialien und Proben, die groß und robust genug sind, um den hohen Belastungen während des Testvorgangs standzuhalten.
Beispiele sind Materialien und Geräte, die in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Bau-, Fertigungs- und Metallverarbeitungsindustrie verwendet werden.
2. Mikrohärteprüfung
Bei der Mikrohärteprüfung wird die Härte eines Materials auf mikroskopischer Ebene unter kleineren Belastungen, in der Regel unter 10 N, gemessen. Prüfer verwenden diese Prüfung für Materialien und Proben, die klein und dünn sind, präzise Messungen im Mikrobereich erfordern oder einer Makrohärteprüfung nicht standhalten.
Beispiele hierfür sind dünne Folien und Beschichtungen, kleine Komponenten und plattierte Oberflächen. Diese Prüfmethode bietet entscheidende Einblicke in die mikrostrukturellen Merkmale eines Materials und wird daher häufig für die Fehleranalyse, die materialwissenschaftliche Forschung und die Qualitätskontrolle in der Fertigung eingesetzt.
Vergleich von Mikrohärtetests nach Vickers und Knoop
Bei der Mikrohärteprüfung wird ein Diamanteindringkörper mit einer festgelegten Prüfkraft für eine bestimmte Dauer in die Oberfläche einer Probe gedrückt. Dieser Test wird nach dem Verfahren von Vickers oder Knoop durchgeführt. Dies sind einige wichtige Unterschiede zwischen den beiden Verfahren:
1. Mikrohärteprüfung nach Vickers
Bei der Mikrohärteprüfung nach Vickers ist der Eindringkörper ein Diamant in Form einer quadratischen Pyramide mit einem 136°-Winkel. Aufgrund dieser quadratischen Form eignet sich die Härteprüfung nach Vickers besser für kleine, runde Proben.
Mikrohärteprüfung nach Vickers
2. Mikrohärteprüfung nach Knoop
Bei der Mikrohärteprüfung nach Knoop hat der Eindringkörper die Form einer verlängerten Pyramide. Er hat ein Längen-Breiten-Verhältnis von 7 zu 1 und einen 172°-Winkel für die lange Kante sowie einen 130°-Winkel für die kurze Kante. Aufgrund dieser rechteckigen Form eignet sich das Verfahren nach Knoop besser für kleine, lange Proben.
Das Knoop-Verfahren erzeugt außerdem einen kleinen, flachen Eindruck, wodurch es sich für dünne Proben wie Folien, eng beieinander liegende Eindrücke oder Eindrücke nahe des Probenrandes eignet. Außerdem sind die Belastungen zum Prüfen spröder Proben typischerweise geringer als mit dem Verfahren nach Vickers.
Mikrohärteprüfung nach Knoop
Betrachtung und Messung des Eindrucks unter dem Mikroskop
Nachdem der Eindruck bei einer Mikrohärteprüfung entstanden ist, wird er von einem Prüfer unter dem Mikroskop beobachtet und gemessen. Diese Messungen liefern eine Härtezahl, die den Widerstand der Probe gegen Materialverformung durch eine konstante Druckbelastung angibt.
Die Härtezahl basiert auf den Messungen des entstandenen Eindrucks auf der Oberfläche der Probe, wobei die aufgebrachte Prüfkraft durch die Fläche des Eindrucks geteilt wird, was die Härteeinheit in Kilogramm-Kraft pro Quadratmillimeter (kgf/mm²) ergibt.
- Bei dem Vickers-Verfahren werden beide Diagonalen des Eindrucks gemessen, und der Durchschnittswert wird zur Berechnung der Härtezahl nach Vickers verwendet.
- Bei dem Knoop-Verfahren wird die Länge des Eindrucks entlang seiner Längsachse zur Berechnung der Härtezahl verwendet.
Ein maßgeschneiderter Software-Workflow für die Mikrohärteprüfung
Um diesen Messprozess zu vereinfachen, haben wir einen speziellen Software-Workflow entwickelt. Unsere kundenspezifische PRECiV Lösung für die Mikrohärteprüfung ermittelt die Härtezahl nach Vickers oder Knoop.
Um die Lösung für die Mikrohärteprüfung auszuwählen, verwenden Sie den Workflow für Materiallösungen im rechten Toolfenster der PRECiV Software. Der Workflow führt Sie durch das Messverfahren je nach dem ausgewählten Verfahren (Vickers oder Knoop).
Berechnen Sie die Härte einer Probe und die Tiefe der Eindrücke mit der maßgeschneiderten Lösung für die Mikrohärteprüfung in der PRECiV Software.
Nach Beendigung der Messung werden die Ergebnisse im Tabellenbereich des Toolfensters angezeigt. Hier sind Härtezahl, Länge der Diagonalen und Koordinaten des Schnittpunkts zu finden. Zudem wird im Workflow-Bereich eine Statistik der Messung angezeigt.
Mit der Speichern-Schaltfläche werden die Daten und die probenspezifischen Parameter als Excel-Tabelle oder als Excel-kompatible Datei exportiert.
Im folgenden Video ist der gesamte Ablauf zu sehen! Für Fragen oder eine Demonstration dieses Workflows kontaktieren Sie unser Team.
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