Die Fähigkeit eines Metalls, dem Eindringen harter Gegenstände in seine Oberfläche zu widerstehen, wird als Härte bezeichnet. Je nach Prüfverfahren und Anwendungsbereich lässt sich die Härte in Brinell-, Rockwell-, Vickers-, Shore-, Mikrohärte und Hochtemperaturhärte unterteilen. Für Rohre werden üblicherweise die Härte nach Brinell, Rockwell und Vickers geprüft.
A. Brinellhärte (HB)
Eine Stahlkugel oder Hartmetallkugel mit einem bestimmten Durchmesser wird mit der vorgegebenen Prüfkraft (F) in die Probenoberfläche gedrückt. Nach der vorgegebenen Haltezeit wird die Prüfkraft entfernt und der Eindruckdurchmesser (L) auf der Probenoberfläche gemessen. Die Brinellhärte ergibt sich aus dem Quotienten von Prüfkraft und Oberfläche der eingedrückten Kugel. Sie wird in HBS (Stahlkugel) angegeben und hat die Einheit N/mm² (MPa).
Die Berechnungsformel lautet:
In der Formel: F – die auf die Oberfläche der Metallprobe wirkende Prüfkraft, N;
D – Durchmesser der Stahlkugel für den Test, mm;
d – mittlerer Durchmesser der Eindellung, mm.
Die Brinellhärtemessung ist genauer und zuverlässiger, eignet sich jedoch im Allgemeinen nur für Metalle unter 450 N/mm² (MPa) und ist nicht für härtere Stähle oder dünnere Bleche geeignet. Unter den Normen für Stahlrohre ist die Brinellhärte die am weitesten verbreitete. Der Eindruckdurchmesser d wird häufig zur Angabe der Materialhärte verwendet und ist sowohl anschaulich als auch praktisch.
Beispiel: 120HBS10/1000130: Dies bedeutet, dass der Brinellhärtewert, gemessen mit einer Stahlkugel von 10 mm Durchmesser unter einer Prüfkraft von 1000 kgf (9,807 kN) für 30 s (Sekunden), 120 N/mm² (MPa) beträgt.
B. Rockwell-Härte (HR)
Die Rockwell-Härteprüfung ist, wie die Brinell-Härteprüfung, ein Eindringverfahren. Der Unterschied besteht darin, dass sie die Eindringtiefe misst. Dabei wird der Eindringkörper (Kegel oder Stahlkugel aus dem Stahlwerk) unter Einwirkung der anfänglichen Prüfkraft (Fo) und der Gesamtprüfkraft (F) in die Probenoberfläche gedrückt. Nach einer festgelegten Haltezeit wird die Prüfkraft entfernt. Aus der gemessenen Resteindringtiefe (e) wird der Härtewert berechnet. Dieser Wert ist eine anonyme Zahl, die mit dem Symbol HR dargestellt wird. Es gibt neun Härteskalen: A, B, C, D, E, F, G, H und K. Für die Härteprüfung von Stahl werden üblicherweise die Skalen A, B und C verwendet, nämlich HRA, HRB und HRC.
Der Härtewert wird anhand der folgenden Formel berechnet:
Bei Tests mit den Skalen A und C gilt: HR=100-e
Bei der Prüfung mit der B-Skala beträgt die Herzfrequenz 130-e
In der Formel wird e – die Zunahme der Resteindringtiefe – in der vorgegebenen Einheit von 0,002 mm angegeben. Das heißt, eine axiale Verschiebung des Eindringkörpers um eine Einheit (0,002 mm) entspricht einer Änderung der Rockwell-Härte um einen Wert. Je größer der Wert von e, desto geringer die Härte des Metalls und umgekehrt.
Der Anwendungsbereich der oben genannten drei Skalen ist wie folgt:
HRA (Diamantkegel-Eindringkörper) 20-88
HRC (Diamantkegel-Eindringkörper) 20-70
HRB (Stahlkugel-Eindringkörper, Durchmesser 1,588 mm) 20-100
Die Rockwell-Härteprüfung ist heutzutage ein weit verbreitetes Verfahren. Die HRC-Härte wird in den Normen für Stahlrohre an zweiter Stelle nach der Brinell-Härte (HB) verwendet. Mit der Rockwell-Härteprüfung lassen sich Metalle von extrem weich bis extrem hart messen. Sie gleicht die Nachteile der Brinell-Methode aus. Die Prüfung ist einfacher, und der Härtewert kann direkt am Messgerät abgelesen werden. Aufgrund der geringen Eindringtiefe ist die Rockwell-Härte jedoch nicht so genau wie bei der Brinell-Methode.
C. Vickers-Härte (HV)
Die Vickers-Härteprüfung ist ebenfalls ein Eindruckprüfverfahren. Dabei wird ein quadratisch-pyramidenförmiger Diamanteindringkörper mit einem Öffnungswinkel von 136° zwischen den gegenüberliegenden Flächen mit einer festgelegten Prüfkraft (F) in die Prüfoberfläche gedrückt und nach der vorgegebenen Haltezeit wieder entfernt. Anschließend wird die Länge der beiden Diagonalen des Eindrucks gemessen.
Der Vickers-Härtewert ist der Quotient aus Prüfkraft und Eindruckfläche. Die Berechnungsformel lautet:
In der Formel: HV – Symbol für die Vickers-Härte, N/mm2 (MPa);
F-Testkraft, N;
d – das arithmetische Mittel der beiden Diagonalen der Einbuchtung, mm.
Die Prüfkraft F bei der Vickers-Härteprüfung beträgt 5 (49,03), 10 (98,07), 20 (196,1), 30 (294,2), 50 (490,3), 100 (980,7) kgf (N) und sechs weitere Stufen. Der messbare Härtewert liegt im Bereich von 5 bis 1000 HV.
Beispiel für die Ausdrucksweise: 640HV30/20 bedeutet, dass der Vickers-Härtewert, gemessen mit einer Prüfkraft von 30Hgf (294,2 N) für 20S (Sekunden), 640 N/mm2 (MPa) beträgt.
Das Vickers-Härteprüfungsverfahren dient zur Bestimmung der Härte sehr dünner metallischer Werkstoffe und Oberflächenschichten. Es vereint die Hauptvorteile der Brinell- und Rockwell-Verfahren und überwindet deren grundlegende Nachteile, ist jedoch nicht so einfach wie das Rockwell-Verfahren. Das Vickers-Verfahren findet in Normen für Stahlrohre nur selten Anwendung.
Veröffentlichungsdatum: 03.04.2024
