Vickers-Härte
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Vickershärte
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.
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.
Als Messgröße wird die Länge der Eindruckdiagonalen bestimmt und die mittlere Eindruckdiagonale errechnet, welche für die Berechnung der Vickershärte HV herangezogen wird.
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 hingegen wird ein dimensionsloser Zahlenwert angegeben. Dieser Zahlenwert wird erreicht, wenn die Prüfkraft F mit 0,102 (≈1/9,80665 = 1/gn) multipliziert wird (gn – Erdbeschleunigung). Der sich damit ergebende Wert steht in der heutigen Dimension kp, in der bei älteren Härteprüfmaschinen die Prüfkraftstufen angegeben sind. Seit dem Wegfall des kp ist die Härte dimensionslos.
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.
In der instrumentierten Härteprüfung mit Vickersindenter wird 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 Härtewerte 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)