Härte von Werkstoffen

Die Härte ist eine grundlegende mechanische Eigenschaft von Werkstoffen, definiert als Widerstand gegen das lokale Eindringen eines Eindringkörpers. Ihre Messung ermöglicht es, die Qualität von Wärmebehandlungen (Härten, Glühen, Einsatzhärten, Nitrieren) zu kontrollieren, den richtigen Werkstoff für Reib- und Verschleißanwendungen auszuwählen, die Übereinstimmung mit Lieferspezifikationen zu prüfen und andere Eigenschaften wie die Zugfestigkeit indirekt abzuschätzen. Die Messtechnologien decken Metalle, Gummi, Kunststoffe, Lacke, Textilgarne und Sonderwerkstoffe ab, mit immer ausgereifteren tragbaren Geräten und Tischgeräten.

Verfahren der Härtemessung

Für Metalle sind die wichtigsten genormten Verfahren: Rockwell (HRA, HRB, HRC, HRN, HRT), basierend auf der bleibenden Eindringtiefe eines Diamant- oder Stahlkugel-Eindringkörpers unter Prüfvorkraft und Prüfgesamtkraft; Brinell (HBW), bei dem der Durchmesser des Eindrucks einer Hartmetallkugel aus Wolframkarbid gemessen wird; Vickers (HV), mit einer Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und optischer Messung der Eindruckdiagonale; Knoop (HK) für die Mikrohärte an dünnen Schichten. Die tragbaren Verfahren Leeb (dynamischer Rückprall, Skala HL/HLD) und UCI (Ultrasonic Contact Impedance) ermöglichen Messungen vor Ort an großen Teilen und komplexen Geometrien. Für Gummi und Kunststoffe werden die Shore-Skala (A, D, B, C, O, OO) und das IRHD-Verfahren für kleine und dünne Teile angewendet.

Erfasste Gerätekategorien

Der Bereich umfasst Shore-Härteprüfgeräte für Gummi und Kunststoff, IRHD- und Mikro-IRHD-Härteprüfgeräte nach ISO 48, tragbare Härteprüfgeräte für Metalle mit Leeb- und UCI-Technologie, Rockwell-, Brinell- und Vickers-Tischhärteprüfgeräte für das metallographische Labor, spezielle Härteprüfgeräte für Garne und Gewebe (yarn package hardness), Geräte für die Lackhärte (Bleistift, Buchholz-Eindruck, Persoz, König) sowie Sockel und Prüfständer für wiederholbare Messungen.

Industrielle Anwendungen

Härteprüfgeräte werden in der Qualitätskontrolle von wärmebehandelten Stählen, Gussteilen, Schmiedeteilen und Schweißnähten (Prüfung der HAZ – heat affected zone) eingesetzt, bei der Erfassung von Härteverläufen in der Tiefe (case depth) an einsatzgehärteten Zahnrädern und nitrierten Wellen, bei der Prüfung von technischen Gummiteilen (Dichtungen, Wellendichtringe, Schwingungsdämpfer), Reifen, Kunststoff- und PVC-Profilen, Stopfen und Kapseln, Garnen und Textilspulen sowie Lackbeschichtungen. Die tragbaren Leeb/UCI-Verfahren werden besonders im Schiffbau, im Bahnbereich, im Energiesektor und in der Öl- und Gasindustrie für Prüfungen vor Ort geschätzt.

Normen und Standards

Die Referenznormen für Metalle sind ISO 6506 (Brinell), ISO 6507 (Vickers), ISO 6508 (Rockwell), ISO 16859 (Leeb), DIN 50159 (UCI), ASTM E10, E18, E92, E384. Für Gummi und Kunststoffe gelten ISO 48 (IRHD), ISO 7619 (Shore), ASTM D2240. Für Lacke werden ISO 15184 (pencil hardness), ISO 3231 (Buchholz) und ISO 1522 (Persoz und König) verwendet. Die Kalibrierung der Härteprüfgeräte erfolgt mit nach ISO 17025 zertifizierten Härtevergleichsplatten, die den in den jeweiligen Normen festgelegten Genauigkeitsklassen entsprechen.

Auswahlkriterien

Bei der Auswahl des am besten geeigneten Härteprüfgeräts sind der Werkstoff (hartes oder weiches Metall, Gummi, Kunststoff, Lack), die Abmessungen und die Zugänglichkeit des Teils (Tischgerät oder tragbar), die Tiefe der zu messenden Behandlung, die Mindestdicke des Werkstoffs (Regel: das 10-Fache der Eindringtiefe), die Umgebungsbedingungen, die Abnahmetoleranzen und die Einbindung in das betriebliche Qualitätssystem zu berücksichtigen. Die Unterseiten beschreiben jeden Gerätetyp im Detail, mit technischen Parametern, Skalenbereichen und typischen Anwendungen.

Die Korrelation zwischen verschiedenen Härteskalen (zum Beispiel HV ↔ HRC ↔ HB) wird durch genormte Umwertungstabellen (ASTM E140) geregelt, gilt jedoch nur für bestimmte Werkstoffe und Werkstoffgruppen; bei kritischen Anwendungen ist es stets vorzuziehen, die Messung in der Skala durchzuführen, die ursprünglich im Lastenheft oder in der technischen Zeichnung vorgeschrieben ist.