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 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 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 8
