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Härteprüfung Bericht

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Härteprüfung
Gruppe: 3
Fakultät: Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Semester: MA 3&4
Versuchsdatum: 20.05.2019
Name
Semester Matrikelnummer
Unterschrift
Simon Haßler
Georg Richter
Leon Beckmann
MA4
ME4
MA3
-------------------------------------------
183313
184048
182594
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG……………………………………………………………………………..1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN………………………………………………………3
3 VERSUCH……...………………………………………………..…………………………4
4 AUSWERTUNG…………...……………………………………………………………….6
5 ANHANG …………………………………………………………………………………...7
6 QUELLENVERZEICHNIS…………………………………………………………………8
7 ABBILDUNGSVERZEICHNIS…………………….………………………………………8
1 Einführung
Die Härteprüfung ist eines der meist angewendeten Verfahren der mechanischen
Werkstoffprüfung, um die Härte eines Werkstücks zu prüfen, sie dient zur Kontrolle,
Qualitätssicherung, Forschung und noch vielen weiteren Bereichen. Die gängigsten
Verfahren zum Prüfen der Härte eines Werkstücks sind die Härteprüfung nach Brinell
(DIN EN 6506-1), Härteprüfung nach Vickers (DIN EN 6507-1) oder die Härteprüfung
nach Rockwell (DIN EN 6508-1). Aus den Ergebnissen, die die Prüfverfahren liefern,
kann man unterscheiden aus welchem Werkstoff sich der Prüfkörper befinden, und
lassen sich zusätzlich noch andere Werkstoffeigenschaften wie die Festigkeit,
Steifigkeit und Dichte des Prüfkörpers ermitteln.
2 Theoretische Grundlagen
Die Härte ist definiert als, der mechanische Wiederstand eines Werkstoffes gegen das
mechanische Eindringen (plastische Eindringen, plastische Verformung) eines
anderen härteren Körpers.
Die Härteverfahren werden an einem Universalprüfgerät durchgeführt. Dies bedeutet,
dass wir an einem Prüfgerät zwischen den unterschiedlichen Härteprüfverfahren
wechseln können. Wir unterscheiden die Härteprüfung nach drei Verfahren,
Härteprüfung nach Brinell, Rockwell, Vickers.
Abbildung 1 Universalhärteprüfgerät
Gruppe 3
1
Bei der Härteprüfung nach Brinell, verwendet man als Eindringkörper eine harte, feste
Kugel die aus Hartmetall (Verbundwerkstoff mit hohem keramischem Anteil) gemacht
ist.
https://www.koegel-leipzig.de/brinell_haerte.php
Abbildung 2: Härteprüfung nach Brinell
Die Kugel (genormter Durchmesser: 1;2,5;5;10mm) wird mit einer bestimmten Kraft
auf die Werkstoffoberfläche gedrückt und nach einer bestimmten Zeit (t=10s) wieder
angehoben. Die Kugel hinterlässt einen Eindruck in der Oberfläche der Prüfkörpers mit
dem Durchmesser d. Von dem Eindruck wird wie in Abbildung 2, zweimal der
Durchmesser gemessen und davon dann den Mittelwert gebildet. Die Brinellhärte
HBW (H= Härtewert; B= Brinell; W= Hartmetallkugel) wird berechnet mit der Formel:
𝐹(𝑖𝑛 𝑘𝑝)
𝐻𝐵𝑊 = 𝐴(𝑖𝑛 𝑚𝑚2
(F= Prüfkraft; A= bleibende Eindruckoberfläche).
Die Härteprüfung nach Vickers wird fasst nach dem genau gleichen Verfahren wie bei
der Härteprüfung nach Brinell durchgeführt. Der Unterschied besteht darin, dass bei
der Härteprüfung nach Vickers anstatt einer Metallkugel, eine vierseitige
Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche verwendet wird.
https://www.koegel-leipzig.de/vickers_haerte.php
Abbildung 3: Härteprüfung nach Vickers
Gruppe3
2
Die Diamantpyramide hinterlässt einen an der Oberfläche einen rechteckigen
Querschnitt. In diesem Fall misst man die Diagonalen des Querschnitts d1 und d2, wie
in Abbildung 3 dargestellt und bildet davon wieder den Mittelwert. Die Vickershärte HV
(H= Härtewert, V= Vickers) berechnet sich wie die Brinellhärte mit der Formel:
𝐻𝑉 =
𝐹(𝑖𝑛 𝑘𝑝)
𝐴(𝑖𝑛 𝑚𝑚2
(F= Prüfkraft; A= bleibende Eindruckoberfläche).
Der Vorteil des Härteprüfverfahren nach Vickers besteht darin, dass so gut wie jeder
Werkstoff mit diesem Verfahren geprüft werden kann. Ausnahmen sind nur Werkstoffe,
die aus Diamant selbst sind oder nah an die Härte des Diamanten herankommen.
Bei der Härteprüfung nach Rockwell wird als Prüfkörper ein abgerundeter
Diamantkegel verwendet (Rockwell nach Variante C). Bei diesem Verfahren gibt es
unterschiedliche Varianten, um die Härte zu bestimmen. In Deutschland ist die
gängigste Variante das Verfahren C. Dieses Verfahren unterscheidet sich von den
anderen beide Härteprüfverfahren darin, dass hier nicht die Eindrucksoberfläche
gemessen wird, sondern die Eindringtiefe des Prüfkörpers in die Werkstückoberfläche.
https://www.koegel-leipzig.de/rockwell_haerte.php
Abbildung 4: Härteprüfung nach Rockwell
Die Rockwellhärte HRC (H= Härtewert, R= Rockwell, C= Verfahren C) lässt sich
nachfolgender Gleichung berechnen:
𝐻𝑅𝐶 = (0,2 − ℎ) ∗ 500
(h= Eindringtiefe in mm)
Gruppe3
3
3 Versuch
Zu prüfen sind vier verschiedene Werkstoffe:
1.
2.
3.
4.
42CrMo4 (Vergütungsstahl)
Aluminium
Messing
Stahl
Zu aller erst nahmen wir eine Messung an dem 42CrMo4 Vergütungsstahl nach dem
Verfahren von Rockwell vor. Wir stellten den Hebel an der Universaalprüfmaschine auf
Rockwell und stellten die Prüfkraft auf die für die Messung notwendige Prüfkraft um.
Abbildung 5: Universaalprüfgerät
Im nächsten Schritt legten mir die Probe auf den verstellbaren Auflagetisch (1) und
fuhren diesen nach oben bis auf den zu prüfenden Körper eine Vorlast von 10 kg
wirkte. Dann betätigten wir den Auslösehebel (7) und die Prüfmaschine bringt
zusätzlich noch die Prüfkraft (5) 140kg hinzu, sodass insgesamt 150kg auf das zu
Prüfende Werkstück wirkt. Der Eindringkörper (3) dringt in die Probe (2) ein und
hinterlässt einen bleibenden Eindruck. Nach 10 Sekunden legten wir den Auslösehebel
wieder zurück in die Ausgangslage und die Prüfkraft wird vom Werkstück angehoben
und der Eindringkörper hebt sich vom Werkstück ab.
Nun konnte man auf der Messuhr die gewünschte Rockwell härte HRC ablesen.
Dies wiederholten wir nun dreimal und dokumentierten die Ergebnisse in einer Tabelle.
Gruppe3
4
Für die anderen drei Proben (Alu, Messing, Stahl) verwendeten wir das Verfahren nach
Brinell. Hier stellten wir das Prüfgerät auf das Verfahren nach Brinell und tauschten
den Eindringkörper von dem Diamantkegel in eine Kugel aus Hartmetall, mit einem
Durchmesser von 2,5mm um. Die verschiedenen Proben werden mit einer
unterschiedlichen Prüfkraft belastet. Alu und Messing wird mit einer Prüfkraft von 612,9
N beansprucht, da eine zu hohe Prüfkraft dazu führen würde, dass der Eindringkörper
zu tief in das Material eindringen würde, da Alu und Messing eine geringere Härte
besitzt wie Stahl. Bei der Stahlprobe wird nämlich eine Prüfkraft von 1,839 kN
verwendet, da Stahl wesentlich härte ist und eine Prüfkraft von 612,9 N nicht
ausreichen würde, um einen gut messbaren Abdruck im Probekörper zu hinterlassen.
Auch hier werden die Proben jeweils dreimal gemessen und 10s lang nach betätigten
des Hebels mit der Prüfkraft belastet. Nachdem dieser Vorgang abgeschlossen war,
konnte man auf der Mattscheibe (8) die vergrößerte Abbildung des Abdruckes, die der
Eindringkörper hinterlassen hat erkennen. Dieser Abdruck wurde mit einem Lineal
gemessen. Da der Eindringkörper eine Kugel ist und somit auch der Abdruck ein
Kreisförmiges Profil hinterlassen hat, konnte man hier mit dem Lineal den
Durchmesser und dokumentierten diesen Wert in unserer Tabelle.
Abbildung 6: Mattscheibe zur vergrößerten Abbildung
Gruppe3
5
Nun prüften wir alle vier Proben nach dem Verfahren nach Vickers. Wieder tauschten
wir den Eindringkörper von der Kugel aus Hartmetall in eine Diamantpyramide um.
Dieses Verfahren wird genauso durchgeführt wie nach dem Verfahren von Brinell. Nur
hinterlässt hier der Prüfkörper einen an der Oberfläche ein rechteckiges Profil. Das auf
der Mattscheibe abgebildete Profil wird nun mit dem Lineal gemessen. Allerdings ist
hier zu beachten, dass man die diagonalen des Eindrucks misst. Auch hier werden für
die unterschiedlichen Proben verschieden Prüfkräfte verwendet. Für Alu und Messing
wird eine Prüfkraft von 98,07 N verwendet (HV10). Bei der Stahlprobe wird eine
Prüfkraft von 294,02 N verwendet.
4 Auswertung
Die gemessenen Werte für den Durchmesser (Brinell) und Diagonale (Vickers) werden
in einer Tabelle zusammengetragen und jeweils der Mittelwert von den gemessenen
Werten gebildet. Die Härte für die unterschiedlichen Proben, die sich aus den
unterschiedlichen Messungen ergeben, konnten dann aus einer Tabelle für die
Härtewerte abgelesen werden. Hier musste auf das Verfahren und die jeweilige
Prüfkraft geachtet werden, um so die richtigen Härtewerte für die Proben
herauszulesen und dokumentierten diese in unserer Tabelle (siehe Anhang Tabelle).
Aus den herausgelesenen Werten ergab sich nun für die Unterschiedlichen Proben die
Härtewerte:
Nach Rockwell
Nach Vickers
52,333
Nach Brinell
623
Nach Vickers
131
Nach Brinell
133,1
Nach Vickers
115
Nach Brinell
126,6
Nach Vickers
187
205
42CrMo4
Alu
Messing
Stahl
Wir sehen nun das 42CrMo4 der härteste Werkstoff der vier Proben ist. Dies war auch
abzusehen da 42CrMo4 ein Vergütungsstahl ist, der für hochbeanspruchte Bauteile
verwendet wird. Diese Härte wird erreicht durch Vergüten (Härten, Anlassen). Diese
Härte wird außerdem erreicht durch den hohen Anteil an Kohlenstoff.
Gruppe3
6
Das zweithärteste Material ist der Stahl. Dieser besteht hauptsächlich aus Eisen und
einem hohen Anteil von Kohlenstoff (bis zu 2,06 Prozent), der die Härte des Stahls
definiert.
Alu und Messing liegen hier recht nah aneinander was den Härtewert nach, den
verschieden Verfahren ergibt. Hier ist zu sehen das Aluminium etwas härter als
Messing ist.
5 Anhang
HV
HV40
42CrMo4
HV10
Alu
HV10
Messing
HV30
Stahl
0,34/0,35
0,37/0,73
0,38/0,38
0,53/0,52
=623
=135,5
=128,4
=202
0,35/0,34
0,38/0,37
0,38/0,39
0,56/0,55
=623
=131,9
=125,1
=181
0,34/0,35
0,38/0,37
0,38/0,39
0,49/0,49
=623
=131,9
=125,1
=232
HRC
HRC
42CrMo4
HBW
2,5/62,5
Alu
HBW
2,5/62,5
Messing
HBW
2,5/187,5
Stahl
0,77/0,76
0,82/0,81
1,1/1,09
1
50
=131
=115
=187
0,77/0,76
0,81/0,82
1,1/1,09
=131
=115
=187
0,76/0,77
0,82/0,81
1,1/1,09
=131
=115
=187
1
2
3
2
3
54
53
Die gelb markierten Ergebnisse ergaben sich daraus, dass man aus den gemessenen Werten für den Durchmesser oder
Diagonale den Mittelwert gebildet hat. Anschließend las man in einer Tabelle die Werte der Härte nach den unterschiedlichen
Verfahren heraus.
Gruppe3
7
6 Quellenverzeichnis

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

https://www.koegel-leipzig.de/rockwell_haerte.php
https://www.koegel-leipzig.de/vickers_haerte.php
https://www.koegel-leipzig.de/brinell_haerte.php
Umdruck
7 Abbildungsverzeichnis
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Abbildung 1 Universalhärteprüfgerät
Abbildung 2: Härteprüfung nach Brinell
Abbildung 3: Härteprüfung nach Vickers
Abbildung 4: Härteprüfung nach Rockwell
Abbildung 5: Universaalprüfgerät
Abbildung 6: Mattscheibe zur vergrößerten Abbildung
Gruppe3
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