Wie funktioniert ein Brinell-Härteprüfgerät

Brinell-Härteprüfgeräte bestehen in der Regel aus einem Prüfgerät, das auf das Prüfling die Eindringkraft mit einem Eindringkörper aufbringt, der bis auf Kontakt mit dem Prüfling gefahren wird und können die Prüfergebnisse beeinflussen.
Daher sollte der Anwender sicherstellen, dass die Prüftemperatur die Härtemessung nicht negativ beeinflusst.

Brinell-Begriffe und Tipps

Brinell-Härteprüfgerät - Brinell-Härteprüfgeräte bestehen in der Regel aus einem Prüfgerät, das auf das Prüfling die Eindringkraft mit einem Eindringkörper aufbringt, der bis auf Kontakt mit dem Prüfling gefahren wird, sowie aus einem Messsystem für den Eindruckdurchmesser nach dem Prinzip der Brinell-Härteprüfung. Das Prüfgerät muss so konstruiert sein, dass keine Schwingungen oder seitlichen Bewegungen des Eindringkörpers oder der Probe auftreten, während die Kraft aufgebracht wird. Die Konstruktion der Prüfmaschine muss sicherstellen, dass die Kraft auf den Eindringkörper gleichmäßig und ohne Stoßkräfte aufgebracht wird.

Tragbares Härteprüfgerät Brinell-Härteprüfungen - Ein Brinell-Härteprüfgerät, das so entwickelt worden ist, dass die Benutzer das Gerät transportieren, einstellen und benutzen können und das die Brinell-Härte nach dem Prinzip der Brinell-Härteprüfung den Eindruck misst.

Wiederholbarkeit R - Die Wiederholgenauigkeit R in der Leistung eines Brinell-Härteprüfgeräts bei jedem Härtegrad, unter bestimmten Prüfbedingungen, wird aus dem prozentualen Bereich der Durchmesserwerte von n Kerben, die an einem genormten Prüfblock im Rahmen einer Leistungsprüfung hergestellt wurden, geschätzt und Werte gemessenen Durchmesserwerte verglichen.

Fehler E - Die Wiederholgenauigkeit R in der Leistung eines Brinell-Härteprüfgeräts bei jedem Härtegrad, unter bestimmten Prüfbedingungen, wird aus dem prozentualen Bereich der Durchmesserwerte von n Kerben, die an einem genormten Prüfblock im Rahmen einer Leistungsprüfung hergestellt wurden, geschätzt und mit dem Durchschnitt der n gemessenen Durchmesserwerte verglichen.

Eindringkörper - Die Eindringkörper für die Brinell-Härteprüfung müssen Wolframkarbidkugeln mit vier zulässigen Durchmessern (1, 2,5, 5 und 10 mm) sein. Staub, Schmutz oder andere Fremdkörper dürfen sich nicht auf dem Eindringkörper ansammeln, da dies die Prüfergebnisse beeinflusst.

Probenhalter - Es muss ein Probenhalter oder "Amboss" verwendet werden, der zur Aufnahme des Prüflings geeignet ist. Die Sitz- und Auflageflächen aller Ambosse müssen sauber und glatt und frei von Grübchen, tiefen Kratzern und Fremdkörpern sein. Wenn der Amboss aus irgendeinem Grund beschädigt ist, muss er repariert oder ausgetauscht werden. Herkömmliche Ambosse zur Aufnahme der Probe, sollten eine Mindesthärte von 58 HRC aufweisen.
Flache Werkstücke sollten auf einem flachen Amboss geprüft werden, der eine glatte, ebene Auflagefläche hat, deren Ebene senkrecht zur Achse des Eindringkörpers steht. Zylindrische Teile mit kleinem Durchmesser sind auf einem harten Amboss mit V-Nut zu prüfen, wobei sich die V-Nut-Achse direkt unter dem Eindringkörper befindet, oder auf harten, parallelen Zwillingszylindern, die ordnungsgemäß in ihrer Basis positioniert und eingespannt sind.
Für die Prüfung von Werkstücken oder Teilen, die nicht auf Standard-Ambossen gelegt werden können, können spezielle Ambosse oder Vorrichtungen, einschließlich Spannvorrichtungen, erforderlich sein.

Prüfling - Um beste Ergebnisse zu erzielen, sollten sowohl die Prüfoberfläche als auch die Unterseite des Prüfkörpers glatt, gleichmäßig und frei von Rost, Fremdkörpern und Schmiermitteln sein. Eine Ausnahme bilden bestimmte Materialien wie reaktive Metalle, die am Eindringkörper haften bleiben können. In solchen Situationen kann ein geeignetes Schmiermittel wie z. B. Kerosin verwendet werden. Die Verwendung eines Schmiermittels sollte auf dem Prüfbericht angegeben werden. Die Vorbereitung sollte so erfolgen, dass eine Veränderung der Oberflächenhärte der Prüffläche (z. B. durch Warm- oder Kaltbearbeitung) minimiert wird.

Kalibrierung - Bestimmung der Werte signifikanter Parameter durch Vergleich mit den von einem Referenzgerät oder einem Satz von Referenzstandards angegebenen Werten.

Standardisierung - durch Verifizierung oder Kalibrierung in Übereinstimmung mit einem bekannten Standard bringen.

Kontrolle - Kontrolle oder Test, um die Übereinstimmung mit der Spezifikation sicherzustellen. Brinell-Prüfgeräte müssen periodisch mit Prüfblöcken verifiziert werden.

Zweck eines Brinell-Härteprüfgeräts:

Die Brinell-Härteprüfung ist eine empirische Eindruckshärteprüfung, die nützliche Informationen über metallische Werkstoffe liefern kann. Diese Informationen können mit der Zugfestigkeit, der Verschleißfestigkeit, der Verformbarkeit und anderen physikalischen Eigenschaften von metallischen Werkstoffen in Verbindung gebracht werden und können bei der Qualitätskontrolle und der Materialauswahl hilfreich sein.

Prinzip der Brinell-Härteprüfung:

Eine Härteprüfung durch Eindringen, bei der mit ein geeichtes Gerät ein Eindringkörper (Wolframkarbidkugel mit einem Durchmesser) unter festgelegten Bedingungen in die Oberfläche des zu prüfenden Materials gedrückt wird. Der resultierende Eindruckdurchmesser wird nach Wegnahme der Kraft gemessen. Diese Brinell-Härteprüfung besteht aus zwei Phasen:
Phase 1 - Der Eindringkörper wird senkrecht zur Oberfläche mit der Probe in Kontakt gebracht und die Prüfkraft aufgebracht (Aufbringen der Prüfkraft innerhalb von 1 bis 8 s). Die Prüfkraft wird für eine bestimmte Zeit aufrechterhalten und dann entfernt (Aufrechterhaltung der vollständig aufgebrachten Prüfkraft für 10 s bis 15 s).
Phase 2 - Der Durchmesser des Eindrucks wird in mindestens zwei zueinander senkrechten Richtungen gemessen. Der Brinell-Härtewert ergibt sich aus dem Durchschnitt der Durchmessermessungen.

Darstellung des Brinell-Härtewertes:

Brinell-Härtewerte werden nicht nur mit einer Zahl bezeichnet, da angegeben werden muss, welcher Eindringkörper und welche Kräfte zur Durchführung der Prüfung verwendet wurden. Den Brinell-Härtezahlen folgt das Symbol HBW und wird durch einen Index ergänzt, der die Prüfbedingungen in folgender Reihenfolge angibt: Kugeldurchmesser (mm) und ein Wert, der die Prüfkraft (kg) darstellt. Beispiele: 450 HB10/3000 = Brinell-Härtezahl von 450, die mit einer Kugel mit 10 mm Durchmesser und einer Prüfkraft von 3000 kg erreicht wird, 150 HB2,5/62,5 = Brinell-Härtezahl von 150, die mit einer Kugel mit 2,5 mm Durchmesser und einer Prüfkraft von 62,5 kg erreicht wird.

Vorbereitung der Probenoberfläche:

Falls erforderlich, muss die Oberfläche, auf der der Eindruck gemacht werden soll, mit Schleifmaterial gefeilt, geschliffen, bearbeitet oder poliert werden, so dass der Rand des Eindrucks klar definiert werden kann, um den Durchmesser mit der angegebenen Genauigkeit messen zu können. Die Vorbereitung sollte so erfolgen, dass eine Veränderung der Oberflächenhärte der Prüffläche (z. B. durch Überhitzung oder Kaltbearbeitung) minimiert wird.

Messung des Eindrucks:

Den Durchmesser jedes Abdrucks in zwei Richtungen, die senkrecht (90°) zueinander stehen, messen. Es können auch zusätzliche Messungen des Eindruckdurchmessers vorgenommen werden. Aus dem arithmetischen Mittel der Messungen wird die Brinell-Härtezahl berechnet. Bei Prüfungen auf ebenen Oberflächen darf der Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser, der für denselben Eindruck gemessen wurde, nicht mehr als 1 % des Durchmessers des Eindringkörpers betragen, es sei denn, dies ist in der Produktspezifikation anders festgelegt, wie z. B. bei einer anisotropen Granulatstruktur. Wenn Abdrücke auf einer gekrümmten Oberfläche gemacht werden, muss der minimale Krümmungsradius der Oberfläche das Zweieinhalbfache des Durchmessers des Eindringkörpers betragen. Eindrücke auf gekrümmten Oberflächen können eher eine leicht elliptische als eine kreisförmige Form haben. Die Eindruckmessungen sollten als Mittelwert der Haupt- und Nebenachse genommen werden.

Abstand der Eindrücke:

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Vertiefungen muss mindestens das Dreifache des Durchmessers der mittleren Vertiefung betragen. Der Abstand von der Mitte eines jeden Eindrucks zu einer Kante der Probe muss mindestens das Zweieinhalbfache des Durchmessers des mittleren Eindrucks betragen.

Umgebungstemperatur für die Prüfung:

Brinell-Härteprüfungen sollten bei einer Umgebungstemperatur innerhalb der Grenzen von 10 bis 35°C (50 bis 95°F) durchgeführt werden. Anwender der Brinell-Prüfung werden darauf hingewiesen, dass die Temperatur des Prüfmaterials und die Temperatur des Härteprüfers die Prüfergebnisse beeinflussen können. Daher sollte der Anwender sicherstellen, dass die Prüftemperatur die Härtemessung nicht negativ beeinflusst.

Prinzip der Brinell-Prüfung:

Die Prüfung besteht darin, dass ein Eindringkörper mit einem Durchmesser D eine Last F auf die zu untersuchende Probe anbringt und der Durchmesser d des Eindrucks gemessen wird, der nach dem Entfernen der Last auf der Oberfläche zurückbleibt. Die Brinell-Härte HB ist ein Wert, der gleich dem Quotienten aus der Prüfkraft F des Eindrucks (ausgedrückt in kg f) der Fläche (in mm2) ist, welche als Segment einer Kugel, mit einem Durchmesser D betrachtet wird.

Härteskala nach Brinell:

Die Kombinationen aus Eindruck und Prüfkräften definieren die Brinell-Härteskalen. Die Standard-Brinell-Härteskalen und Prüfkräfte entsprechen den Kraft-Durchmesser-Verhältnissen von 1, 1,25, 2,5, 5, 10 und 30.

Mindeststärke Brinell (mm):

Die Dicke des Prüfmusters muss so beschaffen sein, dass auf der dem Abdruck gegenüberliegenden Seite des Stücks keine Ausbeulungen oder andere Spuren auftreten, die durch die Last erzeugt werden. Die Dicke des Testmaterials sollte mindestens das Zehnfache der Abdrucktiefe betragen. ACHTUNG: Wenn spezielle Tests eines relativ dünnen Materials oder einer Beschichtung auf einem Material mit hoher Härte durchgeführt werden, besteht die Möglichkeit, dass das Testmaterial unter Last bricht oder zerspringt, was zu schweren Verletzungen oder Geräteschäden führen kann. Benutzer sollten besondere Vorsicht walten zu lassen, wenn sie ein Material testen, das unter Last möglicherweise brechen könnte. Das Material im Zweifelsfall lieber nicht testen.

Maximale Wiederholbarkeit und zulässige Fehler: