Mobile Härteprüfgeräte für Metalle (Leeb, UCI)

Mobile Härteprüfgeräte für Metalle sind kompakte Geräte für die zerstörungsfreie Härtemessung an großen, fest verbauten oder im Betrieb befindlichen Metallbauteilen sowie an Bauteilen komplexer Geometrie, bei denen der Einsatz herkömmlicher stationärer Härteprüfgeräte nicht möglich ist. Die beiden wichtigsten Technologien sind das Leeb-Verfahren (dynamischer Rückprall) und das UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance); sie arbeiten nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien, bieten jedoch beide die für Prüfungen vor Ort erforderliche Mobilität. Sie werden weithin im Schiffbau, in der industriellen Instandhaltung, in der Qualitätskontrolle großer Schmiede- und Gussteile sowie bei der Prüfung von Stahlkonstruktionen im eingebauten Zustand eingesetzt.

Leeb-Verfahren

Das Leeb-Verfahren beruht auf dem dynamischen Rückprall eines kleinen Schlagkörpers (impact body) bekannter Masse mit einer Kugel aus Wolframcarbid: eine kalibrierte Feder schleudert ihn mit definierter Geschwindigkeit gegen die Oberfläche des Bauteils, und nach dem Aufprall prallt er mit verminderter Geschwindigkeit zurück. Der Geschwindigkeitsverlust (die vom Bauteil bei der plastischen Verformung aufgenommene Energie) korreliert mit der Härte: weiche Bauteile nehmen viel Energie auf (geringer Rückprall), harte Bauteile wenig (hoher Rückprall). Das Verhältnis v_rebound/v_impact multipliziert mit 1000 ergibt den HL-Wert (Leeb Hardness). Es gibt verschiedene Schlaggeräte (D, DL, C, G, S, E) mit unterschiedlichen Massen und Geometrien, die Bauteile unterschiedlicher Größe und unterschiedliche Härtebereiche abdecken.

UCI-Verfahren

Das UCI-Verfahren (Ultrasonic Contact Impedance) verwendet einen Prüfkopf mit einem kleinen Vickers-Eindringkörper (Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche), der mit seiner Resonanzfrequenz schwingt (typischerweise 78 kHz). Wenn der Eindringkörper unter definierter Last gegen das Bauteil gedrückt wird, beeinflusst die Kontaktfläche die Resonanzfrequenz, die mit zunehmender Härte abnimmt (weiche Bauteile: größere Kontaktfläche, niedrigere Frequenz). Das Gerät erfasst die Frequenzverschiebung und rechnet sie in einen HV-Härtewert (Vickers) um. Der geringe Durchmesser des UCI-Eindrucks (einige Zehn µm) erlaubt Messungen an Schweißkonstruktionen, Wärmeeinflusszonen (WEZ), Beschichtungen und dünnwandigen Bauteilen.

Eigenschaften und Umrechnungen

Moderne mobile Härteprüfgeräte bieten: die automatische Umrechnung der Primärskala (HL oder HV) in andere Skalen (HRC, HRB, HB, HV, geschätzte Zugfestigkeit σR) nach den Tabellen ASTM E140 und DIN 50150, mit Hinweis auf die Gültigkeitsgrenzen der Umrechnung (die von Werkstoff und Bereich abhängen); die automatische Kompensation der Prüfrichtung (senkrecht nach unten, waagerecht, nach oben – der Leeb-Rückprall ändert sich mit der Richtung); Statistiken über Messreihen; GO/NOGO-Grenzwerte; Datenausgabe über Bluetooth/USB; PC-Software für die erweiterte Auswertung.

Anwendungen

Leeb-Härteprüfgeräte werden eingesetzt für: die Härteprüfung an Gussteilen, großen Schmiedeteilen, Wellen, Zahnrädern, Schweißkonstruktionen (Prüfung der WEZ), Druckbehältern, Schiffs- und Schienenfahrzeugbauten, Rohrleitungen und Leitungssystemen sowie für die Instandhaltung mechanischer Bauteile im eingebauten Zustand. UCI-Härteprüfgeräte werden besonders geschätzt für: die Prüfung von Schweißnähten (Kartierung der Wärmeeinflusszone), dünne Bauteile (bei denen das Leeb-Verfahren nicht verfügbare Massen erfordern würde), dicke Beschichtungen (Hartchrom, Verzinkung), Zahnräder mit kleinen Zähnen und Schrauben-Bolzen-Verbindungen mit vorgegebener Härteklasse.

Bezugsnormen

Die wichtigsten Normen sind: ISO 16859 (Leeb-Härteprüfverfahren), ASTM A956 (US-amerikanisches Äquivalent); DIN 50159 (UCI-Härteprüfung). Für die Umrechnung zwischen den Skalen: ISO 18265 und ASTM E140. Die Kalibrierung mobiler Härteprüfgeräte erfolgt mit nach ISO 17025 zertifizierten Vergleichsplatten mit bekanntem Härtewert in den verschiedenen Skalen (HRC, HB, HV). Die Leistungsprüfung und die Kontrolle der Spitze (beim UCI-Verfahren) sind durch die Norm vorgeschrieben. Personal, das Prüfungen mit ZfP-Verfahren durchführt, muss qualifiziert sein (Stufe 1, 2, 3 nach ISO 9712).