Vickers-Härte

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Vickershärte

Allgemeines

Das Vickers-Härteprüfverfahren (Name von der englischen Firma Vickers) wurde im Jahre 1925 durch Smith und Sandland entwickelt, wobei ausschlaggebend war, dass die Einsetzbarkeit der Brinellhärte wegen der Abplattung der Stahlkugel begrenzt war und zu diesem Zeitpunkt noch keine Hartmetallkugeln zur Verfügung standen.

Messprinzip der Vickershärte

Das Vickersverfahren ist dem Brinellverfahren sehr ähnlich. An Stelle einer Kugel wird als Eindringkörper (Indenter) eine regelmäßige, vierseitige Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Winkel von 136° zwischen den gegenüberliegenden Flächen verwendet. Der Indenter wird mit einer Prüfkraft F senkrecht in den Prüfkörper oder die Probe gedrückt und der Eindruck wird nach der Entlastung normalerweise lichtmikroskopisch in der im Bild veranschaulichten Weise ausgemessen:

Bild:

Schematische Darstellung der Härteprüfung nach Vickers mit Messtechnik (a), Eindruckerzeugung (b) und Eindruckvermessung (c)

Die Prüfkraft muss den jeweiligen geometrischen und morphologischen Gegebenheiten angepasst werden, in der Regel wird mit Kräften ≤ 5 N geprüft. Normalerweise wird die Prüfkraft F bei der Vickershärteprüfung so gewählt, dass sich die Eindruckdiagonale d relativ groß gegenüber den Strukturbestandteilen ergibt (innere Mittelwertbildung) und somit genauer messbar wird (geringerer Relativfehler). Es kann aber auch gezielt die Härte von einzelnen Strukturbestandteilen gemessen werden, dann sind die geometrischen Verhältnisse genau anders herum zu wählen.

Definition der Vickershärte

Als Messgröße werden die Längen der beiden Eindruckdiagonalen bestimmt. Daraus wird die mittlere Eindruckdiagonale d errechnet, welche für die Berechnung der Vickershärte HV herangezogen wird.

$HV\,=\,{\frac {F}{A}}\,=\,{\frac {0{,}1891\;F}{d^{2}}}$

mit

HV		Vickershärte in N mm-2
F		Prüfkraft in N
A		Eindruckoberfläche in mm2
d		Mittelwert der Eindruckdiagonalen in mm

Anmerkung:

In der Härteprüfung von Kunststoffen wird immer die physikalisch exakte Maßeinheit N mm^-2 für den Härtewert angegeben.
Bei der Prüfung der Härte metallischer Werkstoffe wird die Prüfkraft F mit 0,102 (≈1/9,80665 = 1/g_n) multipliziert (g_n – Erdbeschleunigung). Der sich damit ergebende Wert hat die Dimension kp. Diese Einheit wird seit dem Wegfall des kp in der Härtebezeichnung aber nicht mehr angegeben, sondern nur noch der Härtewert ohne Dimension. Das kp ist vor allem bei älteren Härteprüfmaschinen noch als Angabe bei den Prüfkraftstufen zu finden.

Bei der Durchführung des Vickersverfahren wird normalerweise nach Entlastung der entstandene Eindruck vermessen, es gibt aber auch Möglichkeiten, diesen unter Last zu bestimmen. Hierbei werden durch den Diamanteindringkörper hindurch die Prüfkörperoberfläche und damit die Eindruckdiagonale beobachtet, wodurch beispielsweise auch Aussagen zum Kriechverhalten in Echtzeit getroffen werden können.

Während für metallische Werkstoffe das Vickersverfahren genormt ist und somit Prüfkraftempfehlungen für den Mikro-, Kleinlast- und Makrobereich existieren, ist das Vickersverfahren für Kunststoffe nicht genormt.

Instrumentierte Härteprüfung mit Vickersindenter

In der instrumentierten Härteprüfung mit Vickersindenter werden der gesamte Eindringvorgang während der Belastung erfasst und Last-Eindringtiefen-Diagramme aufgezeichnet. Die Eindringtiefe h ist auf Grund der Pyramidengeometrie mit der Eindruckdiagonale d über die Beziehung h = d/7,0006 verbunden.

Mit der instrumentierten Härteprüfung können neben dem Härtewert weitere mechanische Werkstoffkenngrößen, wie Elastizitätsmodul (Eindringmodul), Verfestigungsexponenten und viskoelastische Eigenschaften bestimmt werden.

Literaturhinweise:

• Blumenauer, Horst (Hrsg.): Werkstoffprüfung. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Stuttgart (1994) 6. Auflage, (ISBN 3-342-00547-2; siehe AMK-Büchersammlung unter M 3)
• Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 195/196, (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)