Zweck der Vickers-Härteprüfgeräte

Das Prüfgerät sollte die Probe aufnehmen und die Bewegung des Eindringkörpers in das Werkstück unter einer vorgewählten Prüfkraft steuern. Sie sollte über ein Lichtmikroskop verfügen, um die gewünschte Prüfposition auszuwählen und die Größe des durch die Prüfung erzeugten Eindrucks zu messen. Die Ebene der Oberfläche des Werkstücks sollte senkrecht zur Achse des Eindringkörpers sein, die der Richtung der Krafteinwirkung entspricht.

Wiederholbarkeit R - Die Wiederholbarkeit R in der Leistung eines Vickers- oder Knoop-Härteprüfgeräts bei jedem Härtegrad unter den jeweiligen Prüfbedingungen wird durch n Diagonalmessungen an einem standardisierten Prüfkörper im Rahmen einer Leistungsprüfung bestimmt. Die Wiederholgenauigkeit wird als prozentualer Bereich von n Diagonalmessungen in Bezug auf den mittleren gemessenen Härtewert geschätzt.

Fehler E - Der Fehler E in der Leistung eines Vickers- oder Knoop-Härteprüfgeräts bei jedem Härtegrad, verglichen mit einem genormten Referenzwert, wird als ermittelter prozentualer Fehler berechnet.

Eindringkörper - Der ideale Vickers-Eindringkörper ist ein hochglanzpolierter, spitzer, quadratischer, pyramidenförmiger Diamant mit einem Flächenwinkel von 136° 0'. Der ideale Knoop-Eindringkörper hingegen ist ein hochpolierter, spitzpyramidaler Diamant mit rhomboidischer Grundfläche. Die vorgesehenen Längsschnittwinkel sind 172° 30' und 130° 0'. Eindringkörper sollten regelmäßig überprüft und neu positioniert werden, wenn sie abgenutzt, stumpf, abgesplittert, rissig oder vom Befestigungsmaterial getrennt sind. Überprüfungen des Eindringkörpers durch den Anwender können durch Sichtkontrolle der entstandenen Eindrücke auf den Prüfblöcken erfolgen.

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.

Eichungen - 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. Vickers -Prüfgeräte müssen periodisch mit Prüfblöcken verifiziert werden.

Zweck einer Vickers- und Knoop-Härteprüfung

Vickers- und Knoop-Härteprüfungen haben sich als sehr nützlich für die Materialbeurteilung, die Qualitätskontrolle von Fertigungsprozessen sowie für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erwiesen. Die Härte ist zwar empirischer Natur, kann aber bei vielen Metallen mit der Zugfestigkeit in Beziehung gesetzt werden und ist ein Indikator für Verschleißfestigkeit und Verformbarkeit.

Vickers- und Knoop-Härteprüfungen haben sich als sehr nützlich für die Materialbeurteilung, die Qualitätskontrolle von Fertigungsprozessen sowie für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erwiesen. Die Härte ist zwar empirischer Natur, kann aber bei vielen Metallen mit der Zugfestigkeit in Beziehung gesetzt werden und ist ein Indikator für Verschleißfestigkeit und Verformbarkeit.

Eine Härteprüfung durch Eindringen, bei der mit ein geeichtes Gerät ein Eindringkörper unter bestimmten Bedingungen in die Oberfläche des zu prüfenden Materials gedrückt wird. Der Form des resultierenden Eindrucks wird nach Wegnahme der Kraft gemessen. Diese Vickers- und Knoop-Härteprüfung besteht aus zwei Phasen:
Phase 1 - Der jeweils spezifizierte Eindringkörper wird in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche mit der Probe in Kontakt gebracht und die Prüfkraft F wird aufgebracht. Die Prüfkraft wird für eine bestimmte Verweilzeit aufrechterhalten und dann entfernt.
Phase 2 - Bei der Vickers-Härteprüfung werden die Längen der beiden Diagonalen gemessen und die durchschnittliche Länge der Diagonale berechnet, woraus der Vickers-Härtewert abgeleitet wird. Bei der Knoop-Härteprüfung ist die Länge der langen Diagonale zu messen, die zur Ableitung des Knoop-Härtewertes herangezogen wird.

Bei den Mikro-Eindruckprüfungen muss der Eindringkörper die Probe mit einer Geschwindigkeit zwischen 15 und 70 μm/s berühren und darf 0,2 mm/s nicht überschreiten. Die Zeit vom ersten Aufbringen der Kraft bis zum Erreichen der vollen Prüfkraft darf 10 s nicht überschreiten. Die volle Prüfkraft muss für 10-15 s aufgebracht werden, sofern nicht anders angegeben.

Darstellung der Werte der Vickers- und Knoop-Härteprüfung

Vickers- und Knoop-Härtewerte werden nicht nur mit einer Zahl bezeichnet, da angegeben werden muss, welche Kraft bei der Prüfung verwendet wurde. Den Härtezahlen muss das Symbol HV für Vickers-Härte oder HK für Knoop-Härte folgen und durch einen Wert ergänzt werden, der die Prüfkraft in kg angibt. Beispiele: 450 HV 10 = Vickers-Härtezahl von 450 bei einer Prüfkraft von 10 kg, 700 HV 0,1 = Vickers-Härtezahl von 700 bei einer Prüfkraft von 100 g (0,1 kg), 500 HK 0,5 = Knoop-Härtezahl von 500 bei einer Prüfkraft von 500 g (0,5 kg).

Mikro-Eindruckhärteprüfungen

Mikro-Eindruckhärteprüfungen erweitern die Prüfungen auf Materialien, die für Makro-Eindruckhärteprüfungen zu dünn oder zu klein sind. Mikro-Eindruckhärteprüfungen ermöglichen auch die Auswertung von bestimmten Phasen oder Bestandteilen und Bereichen oder Gradienten, die für Makro-Eindruckhärteprüfungen zu klein sind. Empfehlungen für Mikro-Eindruckhärteprüfungen sind in der ASTM-Testmethode E384 zu finden.

Vorbereitung der Probenoberfläche

Für eine optimale Messgenauigkeit sollte der Test an einer flachen Probe mit einer polierten oder anderweitig geeignet vorbereiteten Oberfläche durchgeführt werden. Die geforderte Qualität der Oberflächengüte kann mit den verwendeten Kräften und Vergrößerungen variieren. Je geringer die Prüfkraft und je kleiner die Größe des Eindrucks, desto kritischer ist die Oberflächenvorbereitung. Bei allen Prüfungen sollte die Vorbereitung so vorgenommen werden, dass der Umfang des Eindrucks, insbesondere die Spitzen des Eindrucks, bei Betrachtung durch das Messsystem klar definiert werden können. Die Prüffläche muss frei von Fehlern sein, die den Eindruck oder die anschließende Messung der Diagonalen beeinträchtigen könnten. Die Oberfläche der Probe sollte vor dem Eindruck nicht geritzt sein. Geritzte Oberflächen können den Rand des Eindrucks verdecken, was eine genaue Messung der Eindruckgröße erschwert.

Vorbereitung der Probe

Um verwertbare Informationen aus der Prüfung zu erhalten, sollte die Probe so vorbereitet oder montiert werden, dass die Prüffläche senkrecht zur Achse des Eindringkörpers steht. Nicht parallele Proben können mithilfe von Einspann- und Nivelliervorrichtungen geprüft werden, die so konstruiert sind, dass die Prüffläche korrekt mit dem Eindringkörper ausgerichtet wird. In vielen Fällen, insbesondere bei der Mikro-Eindruckhärteprüfungen, ist es notwendig, die Probe zu montieren, um die Vorbereitung zu erleichtern und eine scharfe Kante zu erhalten, wenn Oberflächengradientenprüfungen am Werkstück durchgeführt werden sollen. Wenn eine Montage erforderlich ist, muss der Prüfling durch die Montagevorrichtung ausreichend gestützt werden, damit sich der Prüfling während der Krafteinwirkung nicht bewegt und die Verwendung von polymeren Montagevorrichtungen, die unter der Kraft des Eindringkörpers kriechen, nicht erforderlich ist.

Misurazione dell'impronta

Messen Sie beide Diagonalen eines Vickers-Eindrucks oder die lange Diagonale eines Knoop-Eindrucks. Um innerhalb des Sehfeldes des Objektivs zu bleiben, sollte die Länge des Eindrucks 75 % der Feldbreite nicht überschreiten.
Das zur Messung des Eindrucks ausgewählte Messobjekt sollte eine objektive Auflösung (robj) haben, die ≤ 2 % der zu messenden Diagonallänge ist. Die Länge der Diagonalen innerhalb von 0,5 μm oder weniger bestimmen. Bei Vertiefungen von weniger als 40 μm, die Länge der Diagonalen innerhalb von 0,25 μm oder weniger bestimmen.
Bei Vertiefungen von weniger als 20 μm sollte die Länge der Diagonalen innerhalb von 0,1 μm oder weniger genau bestimmt werden. Wenn bei einem Vickers-Eindruck eine Hälfte einer der Diagonalen 5 % länger ist als die andere Hälfte dieser Diagonale oder wenn die vier Ecken des Eindrucks nicht im Brennpunkt stehen, liegt die Prüffläche möglicherweise nicht senkrecht zur Achse des Eindringkörpers. Wenn bei einem Knoop-Eindruck eine Hälfte der langen Diagonale 10 % länger ist als die andere oder wenn beide Enden des Eindrucks unscharf sind, kann es sein, dass die Oberfläche des Teils nicht senkrecht zur Achse des Eindringkörpers liegt.

Umgebungstemperatur für die Prüfung

Vickers- und Knoop-Härteprüfungen sollten bei einer Umgebungstemperatur innerhalb der Grenzen von 10 bis -35°C (50 bis -95°F) durchgeführt werden. Da Schwankungen innerhalb dieses Temperaturbereichs die Ergebnisse beeinflussen können, kann der Anwender die Temperatur auf einem engeren Bereich regeln.

Prinzip der Vickers-Härteprüfung

Die Prüfung besteht darin, dass ein pyramidenförmiger Eindringkörper mit quadratischer Grundfläche unter einem Winkel von 136° zur Spitze mit einer bestimmten Kraft in das Prüfstück gedrückt wird und die Diagonale (d) des im Stück verbleibenden Eindrucks nach Entfernen der Last gemessen wird. Die Vickers Härte bzw. Vickerszahl ist das Verhältnis zwischen aufgebrachter Prüfgesamtkraft (F in kg) und Oberfläche des Eindrucks (mm) in Form einer negativen Pyramide mit quadratischer Grundfläche.

Härteskala nach Vickers

Die Prüfkräften in kg definieren die Vickers-Härteskalen.

Empfohlener Mindestabstand zwischen den Vickers- und Knoop-Eindrücken

Normalerweise wird mehr als ein Eindruck auf einer Probe gemacht. Es ist darauf zu achten, dass der Abstand zwischen den Eindrücken groß genug ist, damit sich benachbarte Eindrücke nicht gegenseitig stören. Für die meisten Tests ist der empfohlene Mindestabstand zwischen einzelnen Tests und der Mindestabstand zwischen einem Eindruck und dem Rand der Probe das 2,5-fache.