Als erfahrener Rundstahllieferant habe ich zahlreiche Anfragen zu den Härteprüfmethoden für Rundstahl erhalten. Das Verständnis dieser Methoden ist nicht nur für Hersteller von entscheidender Bedeutung, um die Produktqualität sicherzustellen, sondern auch für Endbenutzer, um den am besten geeigneten Rundstahl für ihre Anwendungen auszuwählen. In diesem Blog werde ich mich mit den verschiedenen Härteprüfmethoden für Rundstahl sowie ihren Prinzipien, Vorteilen und Einschränkungen befassen.
Brinell-Härteprüfung
Die Brinell-Härteprüfung ist eine der ältesten und am weitesten verbreiteten Methoden zur Messung der Härte von Rundstahl. Das Prinzip dieses Tests besteht darin, eine bekannte Last (normalerweise eine große) auf einen Kugeleindringkörper aus gehärtetem Stahl oder Hartmetall auszuüben, der dann für eine bestimmte Zeit in die Oberfläche der runden Stahlprobe gedrückt wird. Nach Entlastung wird der Durchmesser der auf der Oberfläche verbleibenden Vertiefung gemessen. Die Brinell-Härtezahl (BHN) wird nach folgender Formel berechnet:
[BHN=\frac{2P}{\pi D(D - \sqrt{D^{2}-d^{2}})}]
Dabei ist (P) die aufgebrachte Last, (D) der Durchmesser der Eindringkörperkugel und (d) der Durchmesser der Vertiefung.
Einer der Hauptvorteile des Brinell-Tests besteht darin, dass er einen durchschnittlichen Härtewert über einen relativ großen Bereich der Probe liefert. Dadurch eignet es sich für die Prüfung von Werkstoffen mit inhomogener Mikrostruktur, beispielsweise Gussstählen. Allerdings weist der Brinell-Test auch einige Einschränkungen auf. Die dadurch entstehende große Vertiefung kann ein Problem sein, wenn das Teil nach dem Testen verwendet werden muss. Außerdem eignet es sich nicht sehr gut für die Prüfung dünnwandiger oder kleiner runder Stahlproben.
Rockwell-Härteprüfung
Die Rockwell-Härteprüfung ist eine weitere beliebte Methode zur Prüfung der Rundstahlhärte. Bei diesem Test wird zunächst eine geringe Last auf die Probe ausgeübt, um den Eindringkörper zu fixieren, und dann wird für kurze Zeit eine größere Last hinzugefügt. Nachdem die Hauptlast entfernt wurde, wird die Tiefe der Vertiefung relativ zur Position unter der Kleinlast gemessen. Die Rockwell-Härtezahl wird anhand des Unterschieds in der Tiefe des Eindrucks bestimmt.
Beim Rockwell-Test gibt es verschiedene Skalen, beispielsweise die A-, B- und C-Skalen. Die C-Skala (HRC), die einen Diamantkegel-Eindringkörper verwendet, wird häufig zum Testen harter Materialien wie gehärtetem Rundstahl verwendet. Für weichere Materialien eignet sich die B-Skala (HRB), die einen Stahlkugel-Eindringkörper verwendet.
Der Rockwell-Test hat mehrere Vorteile. Im Vergleich zum Brinell-Test ist er relativ schnell und zerstörungsfrei, da der Eindruck viel kleiner ist. Es ist außerdem einfach durchzuführen und kann für eine Vielzahl von Rundstahlgrößen und -formen verwendet werden. Der Rockwell-Test reagiert jedoch empfindlicher auf die Oberflächenrauheit und das Vorhandensein kleiner Defekte auf der Probenoberfläche.
Vickers-Härteprüfung
Bei der Vickers-Härteprüfung wird ein Diamantpyramiden-Eindringkörper mit quadratischer Basis verwendet. Auf den Eindringkörper wird eine Last ausgeübt, die in die Oberfläche der runden Stahlprobe gedrückt wird. Nach Wegnahme der Belastung werden die Diagonallängen des quadratischen Eindrucks gemessen und die Vickers-Härtezahl (HV) nach folgender Formel berechnet:
[HV = 1,854\frac{P}{d^{2}}]
Dabei ist (P) die aufgebrachte Last und (d) die durchschnittliche diagonale Länge der Vertiefung.
Der Vickers-Test ist bekannt für seine hohe Genauigkeit und die Möglichkeit, die Härte über einen weiten Wertebereich zu messen. Es kann für die Prüfung sehr kleiner Probenbereiche verwendet werden und eignet sich daher für die Analyse der Härte verschiedener Phasen in einer Mikrostruktur oder für die Prüfung von dünnwandigem Rundstahl. Allerdings ist der Vickers-Test relativ zeitaufwändig und die Ausrüstung ist im Vergleich zu den Brinell- und Rockwell-Testern teurer.
Knoop-Härteprüfung
Der Knoop-Härtetest ähnelt dem Vickers-Test, verwendet jedoch einen länglichen Diamantpyramiden-Eindringkörper. Die Belastung wird auf den Eindringkörper ausgeübt und die Länge der langen Diagonale des Eindrucks wird gemessen, nachdem die Belastung entfernt wurde. Die Knoop-Härtezahl (HK) wird anhand der aufgebrachten Belastung und der Länge der langen Diagonale berechnet.
Der Knoop-Test eignet sich besonders zur Prüfung spröder Materialien oder Materialien mit hohem Härtegradienten. Da der Eindruck verlängert ist, kann er zur Messung der Härte in einer bestimmten Richtung verwendet werden, was für die Analyse anisotroper Materialien von Vorteil ist. Allerdings ist der Knoop-Test wie der Vickers-Test zeitaufwändig und erfordert präzisere Messgeräte.
Ultraschall-Kontaktimpedanz-Härteprüfung (UCI).
Das Ultraschall-Kontaktimpedanzverfahren ist ein relativ neuer Ansatz zur Härteprüfung von Rundstahl. Es basiert auf dem Prinzip, dass sich die Eigenfrequenz eines Ultraschalloszillators ändert, wenn er mit einem Material in Kontakt kommt, und diese Änderung mit der Härte des Materials zusammenhängt.
Der UCI-Test hat mehrere Vorteile. Es handelt sich um eine zerstörungsfreie Prüfung, die an fertigen Teilen durchgeführt werden kann, ohne dass Schäden entstehen. Es ist außerdem sehr schnell und kann für Tests vor Ort verwendet werden. Allerdings reagiert der UCI-Test empfindlich auf den Oberflächenzustand der Probe und seine Genauigkeit kann durch Faktoren wie Oberflächenrauheit und das Vorhandensein von Beschichtungen beeinträchtigt werden.
Auswahl der geeigneten Härteprüfmethode
Bei der Auswahl einer Härteprüfmethode für Rundstahl müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Die Größe und Form der Rundstahlprobe sind wichtig. Für großformatigen und dickwandigen Rundstahl kann der Brinell-Test eine gute Wahl sein. Für kleine oder dünnwandige Proben sind möglicherweise die Rockwell-, Vickers- oder Knoop-Tests besser geeignet.
Auch die Art der Bewerbung spielt eine Rolle. Wenn das Teil nach der Prüfung verwendet werden muss, sollte ein zerstörungsfreier oder minimal zerstörender Test wie der Rockwell- oder UCI-Test in Betracht gezogen werden. Wenn das Material eine inhomogene Mikrostruktur aufweist, kann der Brinell-Test einen repräsentativeren Härtewert liefern.
In unserem Unternehmen bieten wir ein breites Sortiment an Rundstahlprodukten an, wie z.B330er Rundstab aus massivem Stahl,Rundstab aus Edelstahl 316, UndGB/T 20MnTiB Speziallegierung. Die Qualität unserer Produkte stellen wir durch strenge Härteprüfungen mit geeigneten Methoden sicher.
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Referenzen
- Callister, WD, & Rethwisch, DG (2011). Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Eine Einführung. Wiley.
- ASTM International. (2018). Standardtestmethoden für die Rockwell-Härte und die Rockwell-Oberflächenhärte metallischer Materialien. ASTM E18 - 18.
- ISO. (2019). Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers – Teil 1: Prüfverfahren. ISO 6507 – 1:2018.