Härteprüfer: Kennen Sie Ihre Optionen für beste Ergebnisse

Sep 11, 2023

Dieser automatische Härteprüfer verfügt über eine automatisierte Z-Achse. Der Benutzer drückt einfach die START-Taste und der gesamte Testvorgang wird automatisch abgeschlossen.

Das Verständnis der verschiedenen Arten und Systeme der Härteprüfung kann hilfreich sein, um eine optimale Lösung zu ermitteln. Die Funktionalität zur Härteprüfung hat sich weiterentwickelt und jetzt können Benutzer auf erstklassige Instrumente zurückgreifen, die besser auf ihre jeweiligen Anwendungen abgestimmt sind.

Einer der heute am häufigsten verwendeten Eindruckhärtetests ist der Rockwell-Härtetest. Obwohl weniger verbreitet, werden auch die Brinell- und Vickers-Härtetests verwendet. Bei den meisten Eindruckhärteprüfungen wird die Verformung gemessen, die auftritt, wenn das zu prüfende Material mit einem Eindringkörper eingedrungen wird. Bei der Durchführung eines Rockwell-Härtetests werden zwei Kraftniveaus mit festgelegten Geschwindigkeiten und Verweilzeiten auf den Eindringkörper ausgeübt. Dies unterscheidet sich von den Brinell- und Vickers-Tests, bei denen die Größe des Eindrucks nach dem Eindruckvorgang gemessen wird. Die Rockwell-Härte des Materials basiert auf dem Unterschied in der Tiefe des Eindringkörpers zu zwei bestimmten Zeitpunkten während des Prüfzyklus. Der Wert der Härte wird anhand einer Formel berechnet, die eine Zahl ergibt, die in einen willkürlich definierten Zahlenbereich fällt, der als Rockwell-Härteskala bekannt ist.

Unabhängig von der verwendeten Rockwell-Skala oder dem verwendeten Eindringkörper ist das gesamte Rockwell-Testverfahren dasselbe. Der Eindringkörper wird mit dem zu prüfenden Material in Kontakt gebracht und eine Vorkraft (auch „Minderlast“ genannt) wird auf den Eindringkörper ausgeübt. Üblicherweise wird die Vorkraft über einen festgelegten Zeitraum (Verweilzeit) konstant gehalten und anschließend die Eindringtiefe gemessen. Nachdem die Messung durchgeführt wurde, wird eine zusätzliche Kraft mit einer festgelegten Geschwindigkeit ausgeübt, um die aufgebrachte Kraft auf das Gesamtkraftniveau (auch als Hauptlast bezeichnet) zu erhöhen. Die Gesamtkraft wird für einen festgelegten Zeitraum konstant gehalten, danach wird die zusätzliche Kraft entfernt und das ursprüngliche Kraftniveau erreicht. Nachdem die Vorkraft über einen festgelegten Zeitraum konstant gehalten wurde, wird die Eindringtiefe ein zweites Mal gemessen und anschließend der Eindringkörper aus dem Testmaterial entfernt. Zur Berechnung der Rockwell-Härtezahl wird die gemessene Differenz zwischen der ersten und zweiten Eindrucktiefenmessung „h“ verwendet.

Bei Verwendung eines älteren Rockwell-Härtesystems muss der Bediener möglicherweise die meisten oder alle Schritte des Testverfahrens manuell steuern. Die meisten neueren Maschinen führen den gesamten Test automatisch durch. Auch wenn das Hinterlassen einer Markierung oder Vertiefung keine Option ist, kann die zerstörungsfreie Ultraschalltechnologie eingesetzt werden.

Bei der Prüfung der Härte von Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl, Gusseisen, Nichteisenmetallen und technischen Kunststoffen können digitale Rockwell-Tischhärteprüfer zur direkten Messung der gängigsten regulären Rockwell-Härteskalen verwendet werden und diesen Härtewert schnell in HB umwandeln. HV, HK und viele andere Maßstäbe. Zu den wünschenswerten Funktionen des Härteprüfgeräts gehören die Fähigkeit, hochpräzise Ergebnisse zu erzielen, ein großer Messbereich und Möglichkeiten zur Skalierung/Auswahl der Prüfkraft. Auch die automatische Be- und Entladung der Hauptprüfkraft, eine hochauflösende Digitalanzeige und die USB-Datenspeicherung sind von großem Vorteil.

Eine benutzerfreundliche Touchscreen-Oberfläche kann Vorgänge beschleunigen und die Möglichkeit, die USB-Ausgabe auf ein Flash-Laufwerk zu nutzen, eignet sich hervorragend für die Datenmobilität. Es gibt Optionen zum Aufbringen der Gewichtslast, beispielsweise bei digitalen Systemen, die Gewichte zum Aufbringen der Last verwenden oder eine Wägezelle mit geschlossenem Regelkreis zum Aufbringen der Gewichtslast verwenden. Letzteres bietet eine höhere Präzision und Wiederholgenauigkeit. Bei einem gewichtsbelasteten System ist die Nivellierung der Maschine von großer Bedeutung, damit die Gewichte richtig absinken. Bei der Verwendung eines Wägezellensystems ist dies weniger kritisch.

Dieser Härteprüfer mit vollautomatischen Lade-/Entladevorgängen bietet hochempfindliche und genaue Messwerte.

Härteprüfer dieser Kategorie entsprechen den ASTM E-18-Standards für die oberflächliche Rockwell-Härte und bieten eine hervorragende Wiederholbarkeit in allen oberflächlichen Rockwell-Härteskalen. Die Oberflächenhärteprüfung nach Rockwell ist für sehr dünne und weiche Werkstücke konzipiert. Die Systeme eignen sich ideal für eine Vielzahl von Umgebungen, darunter Inspektionslabore, Wärmebehandlungsanlagen, Werkzeugräume, Werkstätten und Labore. Für noch mehr Vielseitigkeit sind Doppelhärteprüfer in der Lage, Tests in allen regulären Rockwell- und Oberflächen-Rockwell-Härteskalen durchzuführen.

Dolphin-Nose-Systeme ermöglichen die Härteprüfung von Innen- und Außendurchmessern. Die Systeme sind im Allgemeinen größer als andere Rockwell-Tischsysteme und bieten größere Prüfhöhen und -tiefen. Dolphin-Nose-Modelle bieten einen manuellen Griff, der das Vorspannsystem aktiviert, oder ein fortschrittliches automatisches Z-Achsen-Vorspannsystem. Bei Verwendung des automatischen Z-Achsen-Vorspannungssystems muss der Bediener nach dem Platzieren des Werkstücks in der Testposition nur die Starttaste drücken, damit die Maschine den Testvorgang abschließt.

Die Brinell-Härteprüfung wird häufig für die Prüfung sehr großer, poröser Materialien an weniger harten Metallen wie Gussteilen verwendet. Die heute verfügbaren Tischsysteme sind für die gängigsten Brinell-Härteanwendungen geeignet und verfügen über die neueste innovative Closed-Loop-Technologie. Die Prüflast wird über eine Regeleinheit mit einer Wägezelle für Gewichtslasten bis 3.000 kg, einem Gleichstrommotor und einer elektronischen Mess- und Steuereinheit aufgebracht. Das Ergebnis sind hochpräzise Brinell-Härtemessungen bei allen Prüflasten bis zu 0,5 %. Ein häufiges Über- oder Unterschwingen der Last, auch bekannt als herkömmliches Eigengewichtssystem oder System mit offenem Regelkreis, wird eliminiert. Das Fehlen mechanischer Gewichte beseitigt nicht nur Reibungsprobleme, sondern macht die Ausrüstung auch weniger anfällig für durch Vibrationen verursachte Fehlausrichtungen. Die Systeme sind ideal für Labore, Werkstätten, Werkzeugräume und Prüflabore.

Softwaregesteuerte digitale optische Systeme bieten Vorteile gegenüber manuellen Mikroskopen, die mit mehreren Härteprüfgeräten ausgestattet sind. Angeschlossen an einen PC, Laptop oder Tablet kann der Bediener mit nur einem Knopfdruck automatische und sofortige Messungen durchführen. Alle Grafiken können zusammen mit den Testergebnissen entweder im Word- oder Excel-Format gespeichert werden.

Mikro-Vickers/Knoop-Härteprüfgeräte sind kostengünstige Optionen für Vickers-Härteanwendungen und ideal für diejenigen, die nicht jeden Tag umfangreiche Tests durchführen. Die Prüfung erfolgt an extrem dünnen/kleinen Werkstücken und wird häufig zur Überprüfung der Härte von Schichten oder von Plattierungen und Beschichtungen auf kleinen Teilen in einer Laborumgebung verwendet. Für solche Tests ist ein hohes Maß an Vorbereitung erforderlich, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, eines hohen Poliergrades.

Es gibt drei Arten der Revolversteuerung, einschließlich eines einfachen manuellen Revolvers für den Wechsel von der Optik zur Eindringung und zurück zur Optik zum Messen. Ein zweiter Typ verfügt über einen automatischen Revolver, der dem Bediener mehr Freiheit gibt, die Revolverposition über eine Taste auf der Tastatur des Testers zu ändern. Die gängigsten Vickers/Knoop-Härteprüfer verfügen über eine Revolversteuerungsoption mithilfe einer Software, mit der der gesamte Test mit einem Ein-Klick-Vorgang mithilfe einer kalibrierten automatischen Kantenerkennung gesteuert werden kann. Präzisionsvideo- und Messsoftware ermöglicht auch das Anklicken der Vertiefungskanten in der Software und die anschließende Ableitung eines Härtewerts auf dem Bildschirm.

Makro-Vickers-Härteprüfer sind für die genaue Härteprüfung kleiner Präzisionsteile, dünner Materialien, einsatzgehärteter Schichten und aller Arten von Stahlkomponenten konzipiert und verwenden größere Gewichtslasten von bis zu 50 kg. Diese Art von Test schließt die Lücke zwischen den oberflächlichen Rockwell- und Mikro-Vickers-Maschinen. Diese Systeme verfügen über einen manuellen Turm.

Tragbare Shore-Härteprüfer sind für die Prüfung von Materialien wie Gummi, Weichkunststoffen und Leder konzipiert. Es sind auch Versionen für die Prüfung von Hartplastiken wie Bowlingbällen und Schutzhelmen erhältlich. Elektronische Durometer zur Messung der Shore-A- und Shore-D-Werte sind so konzipiert, dass sie bequem und fest in der Hand des Benutzers liegen.

Das Verständnis der verschiedenen Arten und Systeme der Härteprüfung kann hilfreich sein, um eine optimale Lösung zu ermitteln.

Es gibt zwei gängige digitale Methoden zur tragbaren Härteprüfung. Der erste ist der „dynamische Schlag“, der auf dem Leeb-Härteprinzip basiert und in den 1970er Jahren von Dietmar Leeb entwickelt wurde. Ein federbelasteter Schlagkörper wird auf die Testoberfläche gedrückt und bewirkt so einen Rückprall. Die anfängliche Schub- und Rückprallgeschwindigkeit wird im berührungslosen Modus gemessen, als Leeb-Härtewert berechnet und dann automatisch in Rockwell C-, B-, Brinell-, Vickers- und Shore-Werte umgewandelt. Durch den tragbaren Vorteil kann das Prüfgerät außerdem zum Werkstück gebracht werden, was besonders beim Prüfen großer und/oder sperriger Teile nützlich ist. Diese Methode hat zu effizienten, schnellen und genauen tragbaren Härteprüfergebnissen geführt.

Wenn jedoch eine Markierung oder Vertiefung auf dem Werkstück vermieden werden muss, ist die Ultraschallprüfung eine gute Lösung. Fortschrittliche zerstörungsfreie tragbare Härteprüfer nutzen Ultraschall mit Ultraschall-Kontaktimpedanz-Technologie (UCI), sodass ein tragbarer Härteprüfer spezielle Oberflächen auf kleinen und dünnen Werkstücken prüfen kann, ohne die Oberfläche zu markieren. Diese Geräte können Metalle mit einer Dicke von bis zu 2 mm in allen Größenordnungen, ob hart oder weich, prüfen. Die UCI-Technologie ist sowohl für manuelle als auch für motorisierte Systeme verfügbar. Die motorisierten Sondensysteme werden für die Prüfung sehr dünner Beschichtungen und Beschichtungen oder von Oberflächen mit sehr hoher Politur eingesetzt.

UCI basiert auf einem 136-Grad-Diamanten am Ende eines Vibrationsstabs, der mit einer festen Last in die Testoberfläche gedrückt wird. Der Unterschied in der Ultraschallschwingungsfrequenz wird dann in einen Härtewert umgerechnet. Das UCI-Testverfahren ist langsamer als der dynamische Aufprallstil; Allerdings hat die UCI-Methode den Vorteil, dass sie zerstörungsfrei ist und dünne und kleine Werkstücke testen kann.

Früher bedeuteten zerstörerische Einkerbungen an solchen Probenstücken für die Getesteten den Müllhaufen. Mit Ultraschall ist dies nicht mehr der Fall. Diese Systeme verfügen über eine offene Architektur und können für die Messung jedes Metalls in jeder Härteskala kalibriert werden, wobei Referenzproben zur Durchführung der Erstkalibrierung verwendet werden. Tragbare Ultraschallprüfungen eignen sich ideal für Anwendungen wie Lager, Kolben und Ventile und viele andere. Zu den Schlüsselindustrien für diese Art von Tests gehören unter anderem die Luft- und Raumfahrt, die Automobil- und Medizinteile sowie die Herstellung von Messerklingen.

John Richardson ist Produktkoordinator bei The LS Starrett Company. Weitere Informationen finden Sie unter www.starrett.com.