Dr. W. Strickling:

Vergleichende Untersuchungen zur Härte von Aufbrennlegierungen und die klinische Relevanz von Härteangaben

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2. Allgemeiner Teil: Literaturübersicht

2.1. Begriffsbestimmung der Härte

Der Begriff der Härte ist in erster Linie der Umgangssprache entlehnt und wurde, um ihn wissenschaftlich eindeutig festzulegen, als der "Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines härteren Körpers (Prüfkörper) entgegensetzt" definiert [93]. Diese Formulierung hat heute zwar in der gesamten Technik Gültigkeit, ist aber, wie FITZSCHE [93] schreibt, keineswegs eindeutig. Er führt als Beispiel den Verschleißwiderstand an, der fälschlicherweise häufig mit der Härte gleichgesetzt wird. So unterscheidet SHAW [109] je nach Anwendungszweck zwischen Härte gegen Eindringen, gegen Abrieb, gegen Fließbelastung oder gegen Verformung durch Ritzen und Schneiden.

Allen diesen Formulierungen ist gemeinsam, daß sie sich zwar auf die plastische Verformbarkeit der Materialien beziehen [109], aber sich nicht eindeutig daraus ableiten lassen. Die Härte ist keine physikalisch definierte Größe [125] , die sich wie zum Beispiel die Zugfestigkeit oder der Elastizitätsmodul eindeutig bestimmen läßt, Allgemein wird festgestellt, daß die Zusammenhänge zwischen Härte, Festigkeit und Verschleiß komplex sind und sich nicht mit einfachen Methoden ineinander umrechnen lassen [51, 83, 90, 107, 113].

Die Härtemeßverfahren sind dennoch so beliebt, da sich aus den Messungen der Eindringhärte wenigstens ungefähr die Zugfestigkeit auf viel einfachere und schnellere Weise als durch vergleichsweise aufwendige Zugversuche, zerstörungsfrei ermitteln läßt [39]. KROPP [67] schreibt,, daß bei Goldgußlegierungen die Dehngrenze parallel zur Härte abnimmt, während die Bruchdehnung zunimmt.

2.2 Die verschiedenen Meßverfahren

Während früher zur Härteprüfung vorwiegend, unterschiedliche Ritzhärteverfahren Anwendung gefunden hatten, entwickelte BRINELL 1900 seinen noch heute gültigen Kugeldruckversuch (BRINELL, J.A., Congr Int Methodes d' Essai, Paris 1900 [nach 90]). Danach veröffentlichte LUDWIK den Kegeldruckversuch, etwa gleichseitig entstand das Rücksprungverfahren nach SHORE. Das ROCKWELL-Verfahren wurde 1922 veröffentlicht (ROCKWELL, P.S., Trans Am Soc Steel Treating 2, 1019 (1922) [nach 90]), 1925 entstand die VICKERS-Pyramide (SMITH, R. und SANDLAND, G. , J Iron Steel Inst 111, 285 (1925) [nach 90, 93]). Nach der Einführung der Mikrohärtemessungen 1937 wurde seit 1939 der KNOOP-Eindringkörper verwendet (KNOOP, F. PETERS, G.G. und EMERSON, W. B., J Res Nat Bur Stds 23, 39 (1939) [nach 90]). Daneben existiert ein Vielzahl weiterer, zum Teil sehr spezieller Meßverfahren [93].

Nach FRANK [in 93] lassen sich die unterschiedlichen Methoden nach der Art der Bewegung des Eindringkörpers in den PrüfWerkstoff in folgende drei Gruppen einteilen:

1. statische Verfahren
2. dynamische Verfahren
3. Sonderverfahren

SHAW [109] gibt eine weitergehende Unterscheidung an, die gleichzeitig die vielfältigen Aspekte des Begriffes Härte verdeutlicht:

1. Statische Eindruckmessungen nach Art der BRINELL-, VICKERS-, KNOOP-, ROCKWELL- und MONOTRON-Messungen.
2. Ritztests wie zum Beispiel Feilhärten oder die MOHS'sche Härteprüfung.
3. Pflügende Testmethoden mit stumpfen Eindringkörpern wie der Test nach BIERBAUM.
4. Rückpralltests nach Art des Skleroskops nach SHORE.
5. Dämpfungstests, bei denen ein Pendel das Prüfstück als Angelpunkt verwendet, zum Beispiel das HERBERT-Pendel.
6. Schnittprüfungen, bei denen mit vorgegebenen Werkzeugen die Schneidwirkung geprüft wird.
7. Abrasionstests, die ein Maß für den Abrieb bestimmen,
8. Erosionstests, die den Materialverlust nach standardisierter Sandstrahlbehandlung zur Härtebestimmung verwenden.

Bei den statischen Härteprüfungen unterscheidet man des weiteren zwischen folgenden drei Gruppen [39, 93]:

1. Makro-Härtemessung: Prüfkraft größer als 50 N
2. Kleinlast-Härtemessung: Prüfkraft 2 N bis 50 N
3. Mikro-Härtemessung: Prüfkraft kleiner als 2 N

2.3 Die statischen Prüfverfahren

Für Härtemessungen an Dentallegierungen, Zähnen und keramischen Massen werden neben verschiedensten Ritzhärteprüfungen und Abriebversuchen vor allem statische Prüfverfahren verwendet. Bei diesen Messungen wird ein Eindringkörper stoßfrei auf die Probe aufgebracht und die Prüfkraft langsam bis zum gewünschten Betrag erhöht. Der Eindringkörper sinkt so lange plastisch in den Werkstoff ein, bis die elastische Gegenkraft der Probe im Gleichgewicht mit der Prüfkraft steht. Die Maximalbelastung wird zwischen 10 und 30 Sekunden aufrechterhalten. Bei der Entlastung kommt es zur elastischen Deformation; d. h., daß der bleibende Eindruck stets eine andere Geometrie als der Eindringkörper und in der Regel auch andere Dimensionen als unter der Belastung hat [119].

Diese elastische Rückverformung wirkt sich bei geringeren Prüfkräften stärker aus als bei höheren, und so kommt es, daß die Härtewerte, die mit dem gleichen Eindruckkörper gewonnen werden, mit abnehmender Prüfkraft immer größer werden [39, 88, 90, 93, 118]. Deshalb ist vor allem bei Messungen im Kleinlast- und Mikrohärtebereich die Prüfkraft unbedingt zur Beurteilung der Härte mit anzugeben.

2.3.1. Das Kugeldruckverfahren nach BRINELL

Die Härteprüfung nach BRIWELL war lange Zeit über das am häufigsten verwendete Härtemeßverfahren, weil es als erstes eindeutig reproduzierbare Meßergebnisse hervorbrachte [93]. Eine Grundidee bei der Entwicklung dieses Verfahrens war die einfache Ermittlung der Zugfestigkeit nach der Formel:

Zugfestigkeit = Konstante x BRINELL-Härte,

was aber nur für bestimmte Legierungsgruppen gilt [12].

Das Verfahren ist genormt nach DIN 50 351 [30], TGL 8648 [933 und verschiedenen ISO-Normen [30].

Nach DIN [30] wird eine Stahl- oder Hartmetallkugel von 1, 2,5, 5 oder 10 mm Durchmesser D mit der gewählten Prüfkraft F für eine festgelegte Einwirkdauer (10 - 15 oder 30 Sekunden) in die Probe gedrückt und der Durchmesser d des bleibenden Eindruckes vermessen. Die Probendicke soll mindestens das 17fache der Eindringtiefe betragen. Damit der Eindruckdurchmesser zwischen dem 0,2-und 0,7fachen des Kugeldurchmessers liegt, soll der Belastungsgrad F/D2der Härte der Probe angepaßt werden.

Abb. 1: a) BRINELL-Eindruck im Schnitt

b) BRINELL-Eindruck in der Aufsicht (aus [39])

Die BRINELL-Härte HB ist der Quotient aus der Prüfkraft F in kp und der Eindruckoberflache A im mm2, die als Kugeloberfläche angesehen wird. Sie wird nach folgender Formel berechnet und dimensionslos angegeben:

HB = F/A = 2F / (pi *D * (D - SQRT (D2-d2)))

Für die Bestimmung des Durchmessers d können zwei Durchmesser d1, und d2 gemittelt werden. Zur genauen Angabe von Kugeldurchmesser, Prüfkraft und Belastungsdauer soll der Durchmesser hinter das Kürzel "HB" gesetzt werden, gefolgt von der Angabe der Prüfkraft nach einem Schrägstrich und gegebenenfalls der Belastungsdauer, sofern sie von 10-15 Sekunden abweicht. Zum Beispiel bedeuten:

132 HB 2,5/62,5/30,

daß der Härtewert von 132 mit einer 2, 5 mm Kugel, 613 N (62,5 kp) Belastung und 30 s Dauer erhalten worden sind (bei D = 10mm und F = 29430 N (3000 kp) kann auf die Angabe verzichtet werden [30]).

Die dimensionslose Angabe in kp/mm2 wurde deshalb gewählt, damit nach der SI-Reform der Maßeinheiten die vorhandenen Härteprüfer weiterverwendet werden können und eine Umrechnung der Härtewerte in SI-Einheiten entfallen kann. Ebenso sollen die Kurzzeichen in kp beibehalten werden [30].

Aufgrund von Untersuchungen und theoretischen Überlegungen wurde vielfach gefordert, die Härte nicht aus der Kugeleindruckkalotte, sondern aus der projizierten Eindruckfläche zu berechnen. Solche Härtewerte sind unter dem Namen MEYERS-Härte in der Praxis allerdings wenig gebräuchlich, aus ihnen läßt sich aber das sogenannte MEYERS'sehe Potenzgesetz ableiten, das die Messung des Kaltverfestigungsgrades der Legierung gestattet [93]:

P = a x dn

mit der Prüfkraft P, dem Eindruckdurchmesser d, dem Kaltverfestigungsgrad oder MEYER-Exponenten n und der Kraft a, die für einen Eindruck von l mm Durchmesser benötigt wird.

Als besonderer Nachteil der Härteprüfung nach BRIWELL wird angesehen, daß sich die Geometrie des Eindruckes mit der Eindringtiefe ändert, so daß die ermittelten Werte schon allein aus diesem Grunde vom Kugeldurchmesser und der Prüfkraft abhängen, und eine Konstanz bei veränderten Parametern von vorneherein nicht erwartet werden kann [90, 93, 119]. Andererseits enthalten diese Härtewerte mehr Informationen über die Kaltverfestigungseigenschaften der Legierung, was für technologische Prüfungen von Bedeutung sein kann [119].

Eine weitere spezifische Eigenschaft der BRINELL-Messung ist die Art der plastischen Deformation. Nach TABOR [119] beginnen plastische Fließvorgänge erst, wenn der mittlere Druck unter dem Eindringkörper das l,lfache der Dehngrenze übersteigt. Die plastische Deformation findet dann nicht unmittelbar unter dem Eindringkörper, sondern in der Probe selbst statt. Die Scherspannung im Material steigt bis etwa zur dreifachen Dehngrenze an und vergrößert sich nur bei kaltverfestigungsfähigen Werkstoffen etwas. Das Erreichen der notwendigen Scherspannung in der Probe hängt somit wesentlich vom Belastungsgrad und der Belastung selbst ab.

2.3.1.1. Fehlerquellen bei der BRINELL-Messung

1. Werkstoffbedingte Fehler

Die elastische Rückstellung kann beachtliche Ausmaße erreichen. Fach TABOR [119] kann der Krümmungsradius des rückverfarmten Eindruckes das dreifache des Kugeldurchmessers betragen; eine Messung nach der Eindringtiefe ist deshalb nicht mit den üblichen Härteangaben zu vergleichen.

Der Kaltverfestigungszustand bedingt nicht nur eine Veränderung der plastischen Fließvorgänge in der Probe, er führt außerdem zu einer Wallbiläung um die Eindruckränder bsw, zum Einsinken des gesamten Eindruckes unter das Niveau der Probenflache [93, 119] . Der Härtewert wäre im ersten Falle zu klein, im zweiten zu groß (s. Abb. 2).

Abb. 2: a) Wallbildung bei hochverlestigten Legierungen

b) Einsinken bei geglühten Werkstoffen (aus [119])

Ferner sind die Korngröße, das Fließvermögen, inhomogene Härteverteilung, Oberflach.enbeschaffenh.eit und Wölbung der Oberfläche von Bedeutung [93].

2. Versuchsbedingte Fehler

Am bedeutungsvollsten ist die Möglichkeit der elastischen Deformation der Eindruckkugel, wodurch die Härtewerte zu klein werden. Nach DIN 50 351 [30] soll dieses durch eine Begrenzung der Probenhärte auf 450 HB max, und der Kugelhärte auf 850 HV min, weitgehend vermieden werden.

Desweiteren sind Fehlermöglichkeiten durch eine falsche Oberflächenbeschaffenheit der Kugel, ungenauen Kugeldurchmesser, ungenügende Probendicke, das Reibungsverhalten, Verformung der Meßapparatur und durch Wahl eines falschen Belastungsgrades gegeben.

3. Beobachtungsfehler

Beobachtungsfehler können durch eine verzerrende Abbildungseinrichtung oder unzureichende Auflösung bei optischen Meßeinrichtungen entstehen. Ebenso sind Fehler durch ungenaue Ablesung und fehlerhafte Gerätebedienung oder ungeschultes Personal möglich.

2.3.2. Das Härtemeßverfahren nach VICKERS

Um die Hauptnachteile der BRINTELL- Messung, nämlich die wechselnde Geometrie des Eindruckes und die möglichen Verformungen der Metallkugel, auszuschalten, schlugen SMITH und SANDLAND 1925 vor, eine vierkantige Diamantpyramide mit einem Flächenwinkel von 136° zu verwenden. Die Wahl des Winkels beruhte auf der Annahme, daß bei der BRINELL-Messung der Eindruckdurchmesser üblicherweise zwischen dem 0,25- und 0,5fachen des Kugeldurchmessers liegt. Bei einem mittleren Durchmesserverhältnis von 0,375 schließen die Tangenten an den Berührungskreis einen Winkel von 136" ein. Somit schließt sich das VICKERS- Verfahren direkt an die BRINELL-Nessung an [93, 109, 119].

Abb. 3:

Beziehung zwischen dem VICKERS-Diamanten und der BRINELL-Kugel (aus [93] )

Als Vorteile werden die Einsatzfähigkeit sowohl für härteste als auch für sehr weiche Materialien und die Möglichkeit zum Ausmessen sehr dünner Materialschichten genannt. Außerdem weist der ermittelte Härtewert bei Prüfkräften zwischen 98,07 und 980,7 N (10 und 100 kp) eine annähernde Unabhängigkeit von der Prüfkraft auf. [28, 93]

Das Verfahren ist genormt nach DIN 50 133 [28], TGL 9556 [93, 131] und verschiedenen ISO Normen [28],

Da die Härteprüfung nach VICKERS eine Weiterentwicklung des BRINELL-Verfahrens ist, weist es in Definition, Durchführung und Auswertung eine starke Anlehnung an die BRINELL-Härtemessung auf. Die Prüfkraft wird ebenso in ca. 10 s stoßfrei aufgebracht und zwischen 10 und 30 Sekunden belassen. Die VICKERS-Härte HV ist der Quotient aus der Prüfkraft F in kp und der Oberfläche A in nuti* des bleibenden Eindruckes. Die beiden Eindruckdiagonalen d1 und d2, gemessen in mm, werden zu d gemittelt und nach folgender Formel in die Härte umgerechnet:

....................................

Abb. 4: a) Eindringdiamant nach VICKERS

b) Resultierender Eindruck

Unterscheiden sich die beiden Diagonalen bei isotropen Materialien um mehr als 5 %, so soll der Eindruck verworfen werden. Der ermittelte Härtewert wird dimensionslos angegeben, gefolgt von dem Kürzel "HV" und der Prüfkraft F in kp. Weicht die Belastungsdauer von 10 bis 15 Sekunden ab, wird sie ebenfalls nachgestellt angegeben. Beispielsweise bedeutet:

190 HV 10/30,

daß die VICKERS-Härte 190 bei 98,07 N (10 kp) Belastung und 30 s Dauer ermittelt worden ist. ZUKUNFT [1321 schreibt, daß das einfache Kürzel HV ohne Prüfkraftangabe gleichbedeutend mit HV 30 sei. Da DIF 50 133 [28] solches aber nicht vorsieht, sollte darauf aus Gründen der Eindeutigkeit verzichtet werden.

2.3.2.1. Fehlermöglichkeiten bei der VICKERS-Härtemessung

Die möglichen Fehlerquellen entsprechen weitgehend denen der BRINELL-Härtemessung. Es kommt ebenso zu einem Einsinken der Eindruckränder bei nichtverfestigten Werkstoffen und zu einer Wallbildung uia- den Eindruck bei stark kaltverfestigten Proben. Da die Diagonalen davon jedoch weniger betroffen sind, kann es zu konkaven oder konvexen Eindruckkanten kommen. O'NEILL [nach 93] empfiehlt eine Korrektur, die den Härtewert bis zu 10 % verändern kann.

Desweiteren hat die Prüfkraft einen Einfluß auf den Härtewert, obwohl er nicht so stark wie bei der BRINELL-Messung ist. Trotzdem hat FISHER [in 93] nachgewiesen, daß die Unterschiede im Prüfkraftbereich zwischen l kp und 100 kp in Einzelfällen bis zu 35 % ausmachen können.

Eine andere Fehlerquelle liegt in möglichen Formungenauigkeiten des Diamanten, was sowohl den Flächenwinkel als auch den Schliff (z.B. eine dachfirstartige Spitze) betreffen kann. Hier ist auch die Bruchempfindlichkeit des Diamanten zu beachten, so daß regelmäßige Kontrollen unter einen Stereomikroskop nötig sind.

Die übrigen Fehler gleichen denen der BRINELL-Messung. Eine genaue Darstellung findet sich bei NITZSCHE [93].

2.3.3. Die Härtemessung nach KNOOP

Speziell für die Belange der Mikrohärtemessung wurde 1939 der KNOOP-Eindringkörper (sprich: "nuup" [130]) geschaffen. Es handelt sich um eine Diamantpyramide mit rhombischem Querschnitt, Der Längskantenwinkel beträgt 172,5°, der Querkantenwinkel 130°. Der resultierende Eindruck ist sehr flach, seine Tiefe beträgt nur 1/30 der langen Diagonalen, so daS auch sehr dünne Schichten vermessen werden können. Da dadurch außerdem die Bruchgefahr vermindert wird, eignet sich das Verfahren gut für spröde Materialien [109, 119, 130]. Abgesehen davon erlaubt die langgezogene Form des rhombischen Eindrucks mit einem Diagonalenverhältnis von etwa 7/1, relativ viele Eindrücke nebeneinander zu legen, ohne daB der erforderliche Mindestabstand von der 2,5fachen Diagonalenlänge unterschritten wird.

(a) (b)

Abb. 5: a) Eindringdiamant nach KNOOP

b) resultierender Eindruck (aus [119])

Das Verfahren ist nicht genormt, Anhaltspunkte zur Durchführung finden sich bei [4, 130].

Im Gegensatz zur VICKERS- und BRINELL-Härte wird für die Berechnung des Meßwertes nicht die Kontaktfläche zwischen Probe und Eindruckkörper, sondern die projizierte Oberfläche A, die nur aus der langen Diagonale ermittelt wird, verwendet [109] . Mit der Prüfkraft F in kp und der Diagonale d in mm errechnet man die KNOOP-Härte wie folgt:

HK = F/A = 1,451 F/d2

Für die Kürzel gelten die gleichen Regeln wie bei der VICKERS-Härte; in der angelsächsischen Literatur findet man statt des Kürzels "HK" die Bezeichnung "KHN" (KNOOP Hardness Number). Die Prüfkraft soll weniger als 9,8 N (1 kp) betragen.

Genauso wie die anderen Meßverfahren sind auch die KNOOP-Härten von der Prüfkraft abhängig, da die Diagonalen von der elastischen Rückstellung beeinflußt werden. Nach TABOR [119] und MOTT [90] unterliegt die Kurze Diagonale diesem Einfluß sehr stark, während die lange Diagonale, wenn überhaupt, nur sehr kleinen Längenänderungen unterworfen ist. Die damit errechnete Härte repräsentiert also am ehesten den nicht rückverf ormten Zustand. Andererseits gibt die Längenänderung der kurzen Diagonale Aufschlüsse über das elastische Verhalten des Werkstoffes.

2.3.3.1. Fehlerquellen bei der Härtemessung nach KNOOP

Spezifischer Nachteil der Messung nach KNOOP ist die Anfälligkeit gegenüber Anisotropien der Probe, da nur eine Diagonale zur Härteberechnung herangezogen wird. Andererseits ist das Verfahren gerade wegen dieser Eigenschaft besonders gut zur Feststellung von Anisotropien geeignet [19, 130]. Der Nachteil kann durch Messungen im rechten Winkel zueinander vermieden werden.

Die übrigen Fehlermöglichkeiten entsprechen denen der VICKERS-Prüf ung und der Mikrohärtemessung, so daß auf die entsprechenden Stellen verwiesen werden kann.

2.3.4. Die Vorlastverfahren nach ROCKWELL

Das ROCKWELL-Verfahren, im Jahre 1919 vorgestellt, ist eine Weiterentwicklung des Kegelhärteverfahrens nach P. LUDWIK. Es wird in der Technik vor allem im außereuropäischen Raum in vielen Variationen verwendet und zählt nach NITZSCHE [93] zu den weit Verbreitetesten Härtemeß-verfahren überhaupt. Als Hauptvorteil wird die einfache und schnelle Handhabung, die auch von ungeschultem Personal durchgeführt werden kann, genannt. Es handelt sich um ein Tiefenmeßverfahren, bei dem der Härtewert nach der Teilentlastung direkt und ohne Umrechnung an einer Meßuhr abgelesen werden kann.

Am gebräuchlichsten ist das ROCKWELL-C-Verfahren (HRC, C=cone), das einen abgerundeten Diamantkegel mit 120° Öffnungswinkel und 0,2 mm Rundungsradius verwendet. Die Vorlast beträgt 98,07 N (10 kp) , die Hauptlast insgesamt 1471 N (150 kp) . Es wird vor allem für gehärtete Stähle, angelassene und gehärtete Legierungen verwendet [6, 27, 93] .

Das ROCKWELL-B-Verfahren (HRB, B = ball) verwendet eine gehärtete Stahlkugel mit 1,5875 mm (1/16 inch) Durchmesser. Die Vorlast beträgt ebenfalls 98,07 N (10 kp) , die Hauptlast dagegen 980,7 N (100 kp). Das Verfahren eignet sich für alle weicheren Legierungen und Hichteisenmetalle [6, 27, 93].

Zur Messung wird der Eindruckkörper mit der Vorlast auf die Probe aufgebracht und die Tiefenmeßuhr auf Null gestellt, Wach dem Aufbringen der Hauptlast zeigt die Meßuhr die plastische und elastische Verformung an. Wenn der Zeiger zur Ruhe gekommen ist, die plastische Verformung des Prüfstückes also abgeschlossen ist, wird die Hauptlast wieder entfernt. Die Meßuhr geht um den Betrag der elastischen Rückstellung zurück und die bleibende Verformung unter Belassung der Vorlast wird als ROCKWELL-Härte abgelesen. 100 ROCKVELL-Einheiten entsprechen einer Tiefe von 0,2mm. Die maximale Härte ist 100 HRC bzw. 130 HEB. Bei einer ROCKVELL-Härte von "0" liegt der Eindruckkörper .also 0,2 mm (bei HRC) bzw. 0,26 mm ( = 130 / 100 x 0,2 mm bei HRB) unter der durch die Vorbelastung vorgegebenen Bezugsebene (somit stellt man die Meßuhr nach der Vorbelaastung eigentlich nicht auf "0", sondern auf "100" bzw. "130")

Abb. 6: a) Vorgehen bei der ROCKWELL-Messung

b) Beziehung zwischen der Härteskala und der Eindringtiefe (aus [93])

Da der Nullpunkt der ROCKWELL-Skalen eigentlich willkürlich festgelegt worden ist, sind bei sehr weichen Materialien rechnerisch auch "negative" Härtewerte denkbar, was beim Vergleich von ROCKWELL-Härten weicher Werkstoffe zu beachten ist.

Der Diamantkegel wird neben dem Verfahren ROCKWELL-C auch für die Verfahren A, D und die drei HRN-Methoden bei unterschiedlichen Vor- und Hauptlasten verwendet. In der DDR existiert auch nach ein Verfahren HRC 62,5 mit 612,9 N (62,5 kp) Hauptlast. Alle übrigen, insgesamt mehr als 20 Verfahren, verwenden Kugeln verschiedenen Duchmessers und unterschiedliche Lasten. Die "Super-ROCKWELL-Härten" (= superficial) N und T haben eigene Skalen für besonders geringe Prüfkräfte.

Die Verfahren C, A, B, F, N und T sind nach D IN 50 103 [27] und DIN 51 224 [31] genormt, die übrigen Verfahren werden außerdem noch in TGL 9011 [93], ISO [27] und ASTM [6] festgelegt.

2.3.4.1. Fehlerquellen bei den ROCKWELL-Verfahren

Hauptnachteil ist nach NITZSCHE [93] die Anfälligkeit des Diamanten gegenüber Schlag- und Stoßbeanspruchungen, so daß eine regelmäßige Kontrolle unter einem Stereomikroskop wie beim VICKERS- und KNOOP-Verfahren vonnöten ist [27, 93]. Ebenso ist zu beachten, daß das Verfahren trotz seiner einfachen Handhabung eine Präzisionslängenmessung ist (einer ROCKWELL-Einheit entsprechen 2 um) , so daß Verunreinigungen der Probe oder des Eindringkörpers einen großen Fehler zur Folge haben können. Eine spätere Nachkontrolle der Messungen ist, im Gegensatz zu den übrigen Prüfverfahren mit optischer Meßwerterfassung, nicht mehr möglich [93]. Außerdem können Randeinsenkungen oder -erhebungen nicht berücksichtigt werden [119].

1. Probenbedingte Fehler

Wie bei anderen Meßverfahren hängen auch hier die Härtewerte von den stofflichen Eigenarten der Probe ab, also von Gefügestruktur, Verfestigungsfähigkeit und -grad und dem Fiießverraögen. Wegen der hohen Prüfkraft ist das Verfahren anfälliger gegen zu dünne Proben und Tiefenabweichungen in der Harte, aber weitgehend unabhängig von der Oberflächenbearbeitung (nach WEINGEABER in [93]).

2. Gerätebedingte Fehler

Andere Fehlerquellen sind Abweichungen im Öffnungswinkel und Verrundungsradius des Diamanten bzw. im Kugeldurchmesser. Reibungsfaktoren sind erst ab einem Öffnungswinkel van größer als 120° ohne praktischen Einfluß [9], Ungenau-igkeiten in der Gerätejustierung, Verformungen des Meßgerätes und' der Probenhaiterung, sowie Ungenauigkeiten der Meßuhr können den Meßwert ebenfalls beeinflussen.

3. Beobachterbedingte Fehler

Möglich sind fehlerhafte Bedienung des Gerätes mit ruckartigem Aufbringen der Prüfkraft, überschreiten der Vor— last, ungenaue Nullstellung, Ablesen der falschen Skala oder unter Vollast, außerdem eine ungenügende Zahl von Messungen und ähnliche Mängel, die hauptsächlich durch unqualifiziertes Personal entstehen können.

Nach WEINGRABER [in 93] ist das ROCKWELL-Verfahren gegen gerate- und beobachterbedingte Fehler anfälliger als die Verfahren nach BRINELL und VICKERS.

2.4. weitere Meßverfahren

2.4.1. Das Kegeldruckverfahren nach LUDVIK verwendet einen Kreiskegel aus gehärtetem Stahl mit einem Öffnungswinkel von 90° und wurde 1907 entwickelt, um die spezifischen

Nachteile der BRINELL-Messung zu umgehen. Da dieses Ziel jedoch nicht befriedigend erreicht werden konnte, hat das Verfahren heute keine praktische Bedeutung mehr. Es wurde durch die ROCKWELL-Härtemessung ersetzt [93].

2.4.2. Das Doppelkegel verfahren nach GRODZISTSKI wurde speziell für die Mikrahärtemessung entwickelt [93]. Der Eindruckkörper besteht geometrisch gesehen aus zwei mit der Basis aneinanderllegenden Kegelspitzen.

2.4.3. Der MONOTRON-Härteprüfer benutzt eine Stahlkugel vorgegebenen Durchmessers. Die MONOTRON -Härte ist die Kraft in kp, die benötigt wird, um die Kugel um 0,045 mm in die Probe einzudrücken [49] .

2.4.4. Der SHORE-Härteprüfer ist für elastische Stoffe sehr gebräuchlich. "Ein Stahlstift in Form eines Kegelstumpfes wird durch eine Feder in das Prcbenmaterial eingedrückt. Die Eindrucktiefe wird mittels einer Meßuhr von 0 bis 100 abgelesen. Null entspricht dar maximalen Eindringung (2,3 mm), 100 zeigt keine Eindringung an. Je nach Federspannung und Fern des Kegelstumpfes stehen vier Geräte für die Prüfung der SHOHE-Härte A, B, C, D (DIN 53 505) zur Verfügung." [108].

Das Verfahren SHORE-A dient zur Prüfung von Elastomeren und weichen Kunststoffen, SHORE-B wird, für härtere Kunststoffe und Thermoploaste verwendet [ 130] . Die Bezeichnungsweise ist z.B.: 75 SHORE-A.

2.4.5. Das Skleroskop (Duroskop) nach. SHORE gehört zu den dynamischen Härteprüfern. Ein Fallhammer mit abgerundeter Diamantspitze und 20 g Masse fällt aus 112 mm Höhe auf die Probe. Die Rücksprunghöhe wird auf einer in 130 Einheiten eingeteilten Skala gemessen [45, 651 . Beim Modell C reicht die Skala von 0 - 140 SHC, beim Modell D von 0 - 120 SHD. "Als Eichnormal wird unlegierter, eutektoidischer, gehärteter Stahl genannt und mit dem Wert 100 belegt" [65]. Das Verfahren wird vor allem im Maschinenbau und bei Anwendungen, wo kleine Eindrücke erwünscht sind, eingesetzt [130] .

2.4.6. Der POLDI-Hammer ist "eine Schlaghärteprüfung, bei der ein Schlagbolzen in Richtung auf das Werkstück getrieben wird, wobei sich der Schlag über einen Vergleichsstab und eine Kugel auf das Werkstück überträgt. Als Maß der Härte dient das Verhältnis aus Eindrucktiefe im Vergleichsstab und Werkstück," [45]

2.4.7. Das HERBERT-Pendel zählt zu den Dämpfungshärteprüfern [109]. Es besteht aus einem Pendel, das auf einer Stahlkugel oder einem Diamant- bzw. Rubinkegel auf der Probe aufliegt und frei schwingt. Die Zeit für zehn komplette Schwingungen in Sekunden wird als "Zeithärte" (wörtl.: "time-hardness number") bezeichnet [49].

ZIMMERMANN [131] hat mit einer Weiterentwicklung des Pendels zur Härtemessung von Gipsoberflächen gute Ergebnisse erzielt, die nicht mit den spezifischen Nachteilen statischer Meßverfahren an solchen Stoffen behaftet sind. Das Pendel schwingt auf einer 7 mm langen Schneide und dringt nur wenige um in die Probe ein. Die ermittelte Pendelhärte ist die Halbwertszeit der Amplitudendämpfung der Schwingung.

2.4.8. Ritzhärteverfahren mit Metallnadeln, Diamantkegeln oder -pyramiden von verschiedenen Öffnungswinkeln.

HÄRTENS und MEYER verwenden 90°-Diamantkegel,

RICHTER und EHRENBERG 120°-Diamantkegel,

BIERBAUM eine dreieckige Diamantpyramide [39].


weiter mit Kapitel 2.5.

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