Die Fähigkeit eines Metallmaterials, dem Eindrücken harter Gegenstände in die Oberfläche zu widerstehen, wird als Härte bezeichnet. Je nach Prüfmethode und Anwendungsbereich kann die Härte in Brinellhärte, Rockwellhärte, Vickershärte, Shorehärte, Mikrohärte und Hochtemperaturhärte unterteilt werden. Für Rohre werden drei gängige Härtegrade verwendet: Brinellhärte, Rockwellhärte und Vickershärte.
A. Brinellhärte (HB)
Mit einer Stahl- oder Hartmetallkugel bestimmten Durchmessers wird die angegebene Prüfkraft (F) in die Probenoberfläche eingedrückt. Nach der angegebenen Haltezeit wird die Prüfkraft entfernt und der Eindruckdurchmesser (L) auf der Probenoberfläche gemessen. Der Brinellhärtewert ist der Quotient aus Prüfkraft und Oberfläche der eingedrückten Kugel. Die Einheit ist N/mm² (MPa), ausgedrückt in HBS (Stahlkugel).
Die Berechnungsformel lautet:
In der Formel: F – die in die Oberfläche der Metallprobe gedrückte Testkraft, N;
D – Durchmesser der Stahlkugel für den Test, mm;
d – durchschnittlicher Durchmesser der Vertiefung, mm.
Die Messung der Brinellhärte ist genauer und zuverlässiger, eignet sich jedoch im Allgemeinen nur für Metalle unter 450 N/mm² (MPa) und nicht für härteren Stahl oder dünnere Platten. Unter den Stahlrohrnormen ist die Brinellhärte die am häufigsten verwendete. Der Eindruckdurchmesser d wird häufig verwendet, um die Härte des Materials auszudrücken, was sowohl intuitiv als auch praktisch ist.
Beispiel: 120HBS10/1000130: Dies bedeutet, dass der Brinellhärtewert, der mit einer Stahlkugel mit 10 mm Durchmesser und einer Prüfkraft von 1000 kgf (9,807 kN) für 30 s (Sekunden) gemessen wird, 120 N/mm2 (MPa) beträgt.
B. Rockwellhärte (HR)
Die Rockwell-Härteprüfung ist wie die Brinell-Härteprüfung ein Eindringprüfverfahren. Der Unterschied besteht darin, dass die Eindringtiefe gemessen wird. Dabei wird der Eindringkörper (Kegel oder Stahlkugel des Stahlwerks) durch die Einwirkung der anfänglichen Prüfkraft (Fo) und der Gesamtprüfkraft (F) in die Oberfläche der Probe gedrückt. Nach der angegebenen Haltezeit wird die Hauptkraft entfernt. Die Prüfkraft wird anhand des gemessenen Inkrements der verbleibenden Eindringtiefe (e) berechnet, um den Härtewert zu berechnen. Der Härtewert ist eine anonyme Zahl, dargestellt durch das Symbol HR. Die verwendeten Skalen umfassen neun Skalen: A, B, C, D, E, F, G, H und K. Die üblicherweise für die Stahlhärteprüfung verwendeten Skalen sind A, B und C, nämlich HRA, HRB und HRC.
Der Härtewert wird nach folgender Formel berechnet:
Beim Testen mit A- und C-Skalen, HR=100-e
Beim Testen mit der B-Skala, HR=130-e
In der Formel wird e – die verbleibende Eindringtiefenerhöhung – in der angegebenen Einheit 0,002 mm ausgedrückt. Das heißt, wenn die axiale Verschiebung des Eindringkörpers eine Einheit (0,002 mm) beträgt, entspricht dies einer Änderung der Rockwell-Härte um eine Zahl. Je höher der e-Wert, desto geringer die Härte des Metalls und umgekehrt.
Der Geltungsbereich der drei oben genannten Skalen ist wie folgt:
HRA (Diamant-Kegel-Eindringkörper) 20-88
HRC (Diamant-Kegel-Eindringkörper) 20-70
HRB (Durchmesser 1,588 mm Stahlkugel-Eindringkörper) 20-100
Die Rockwell-Härteprüfung ist ein weit verbreitetes Verfahren. HRC wird in Stahlrohrnormen nach der Brinellhärte HB als zweithöchste Härte verwendet. Mit der Rockwell-Härte können Metallmaterialien von extrem weich bis extrem hart gemessen werden. Sie gleicht die Nachteile der Brinell-Methode aus. Sie ist einfacher als die Brinell-Methode, und der Härtewert lässt sich direkt am Zifferblatt des Härtemessgeräts ablesen. Aufgrund der kleinen Einkerbung ist der Härtewert jedoch nicht so genau wie bei der Brinell-Methode.
C. Vickershärte (HV)
Die Vickers-Härteprüfung ist ebenfalls ein Eindringverfahren. Dabei wird ein quadratischer pyramidenförmiger Diamant-Eindringkörper mit einem Öffnungswinkel von 1360° zwischen gegenüberliegenden Oberflächen mit einer gewählten Prüfkraft (F) in die Prüfoberfläche gedrückt und nach der vorgegebenen Haltezeit wieder entfernt. Kraft: Gemessen wird die Länge der beiden Diagonalen des Eindrucks.
Der Vickershärtewert ist der Quotient aus Prüfkraft und Eindruckfläche. Die Berechnungsformel lautet:
In der Formel: HV – Vickers-Härtesymbol, N/mm2 (MPa);
F – Prüfkraft, N;
d – das arithmetische Mittel der beiden Diagonalen der Vertiefung, mm.
Die bei der Vickers-Härte verwendete Prüfkraft F 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 Härtewert kann im Bereich von 5 bis 1000 HV gemessen werden.
Beispiel für eine Ausdrucksmethode: 640HV30/20 bedeutet, dass der Vickers-Härtewert, gemessen mit einer Prüfkraft von 30Hgf (294,2N) für 20S (Sekunden), 640N/mm2 (MPa) beträgt.
Mit dem Vickers-Härteverfahren lässt sich die Härte sehr dünner metallischer Werkstoffe und Oberflächenschichten bestimmen. Es vereint die wesentlichen Vorteile der Brinell- und Rockwell-Verfahren und überwindet deren grundlegende Nachteile, ist jedoch nicht so einfach wie das Rockwell-Verfahren. Das Vickers-Verfahren wird bei Stahlrohrnormen selten eingesetzt.
Beitragszeit: 03.04.2024