Die Vickershärteprüfung gehört zu den wichtigsten Methoden der Materialprüfung in der modernen Industrie. Erfahren Sie, wie dieses präzise Verfahren funktioniert und welche entscheidende Rolle es in der Qualitätssicherung spielt.
Was ist Vickershärte?
Die Vickershärte ist eine präzise Maßeinheit zur Bestimmung des Härtegrads von Werkstoffen. Sie quantifiziert die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Verformung oder Eindringen durch einen standardisierten Prüfkörper. Dieses Prüfverfahren ermöglicht eine objektive und reproduzierbare Bewertung der mechanischen Eigenschaften verschiedenster Materialien.
- Messung des Widerstands gegen das Eindringen einer Diamantpyramide
- Universelle Anwendbarkeit für nahezu alle metallischen Werkstoffe
- Geeignet für extrem weiche bis sehr harte Materialien
- Zuverlässige Ergebnisse im Mikro- und Makrobereich
- Besonders präzise bei dünnen Proben
Geschichte und Entwicklung der Vickershärte
Die Vickers-Härteprüfung wurde 1925 von den britischen Forschern Smith und Sandland bei der Firma Vickers Ltd. entwickelt. Sie entstand als Antwort auf die Limitationen des Brinellverfahrens, bei dem die Stahlkugel bei sehr harten Materialien problematische Abplattungen zeigte.
Grundlagen des Vickers-Prüfverfahrens
Das Verfahren basiert auf einem präzisen Prinzip: Eine Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Flächenwinkel von 136° wird mit definierter Prüfkraft in die Materialoberfläche gedrückt.
| Merkmal | Beschreibung |
|---|---|
| Prüfkörper | Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche |
| Flächenwinkel | 136° |
| Belastungszeit | 10-15 Sekunden |
| Messung | Diagonalen des Eindrucks |
Das Vickers-Prüfverfahren im Detail
Die Härteprüfung nach Vickers ermöglicht durch ihre hohe Genauigkeit und universelle Anwendbarkeit präzise Messungen an verschiedensten Materialien. Der Härtegrad (HV) wird durch das Eindrücken der Diamantpyramide und anschließende Vermessung des Prüfabdrucks ermittelt.
Der Prüfablauf und die Rolle der Diamantpyramide
Der Prüfablauf erfordert eine sorgfältige Vorbereitung und präzise Durchführung. Die Materialoberfläche muss planparallel und sauber sein, um genaue Messergebnisse zu gewährleisten.
Berechnung der Vickershärte
Die Berechnung erfolgt nach der Formel: HV = 0,1891 × F/d², wobei F die Prüfkraft in Newton und d die mittlere Diagonallänge des Eindrucks in Millimetern darstellt. Das Ergebnis wird üblicherweise mit dem Zusatz HV und den Prüfbedingungen angegeben, beispielsweise: 450 HV 10/15.
Einfluss von Prüfkraft und Belastungszeit
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Die Prüfkraft ist ein entscheidender Parameter bei der Vickershärteprüfung und wird je nach Anwendungsfall sorgfältig ausgewählt. Je dünner oder empfindlicher das zu prüfende Material, desto geringer sollte die angewandte Kraft sein.
- Makrohärteprüfung – 49,03 N bis 980,7 N (HV 5 bis HV 100)
- Mikrohärteprüfung – 0,09807 N bis 1,961 N (HV 0,01 bis HV 0,2)
- Nanohärteprüfung – noch geringere Kräfte für besonders dünne Schichten
Die Belastungszeit von zehn bis fünfzehn Sekunden wurde als Standard etabliert, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten. Dabei gilt es, verschiedene Faktoren zu beachten:
- Zu kurze Belastungszeit – kann zu unvollständiger Verformung führen
- Übermäßig lange Zeiten – können Kriecheffekte verursachen
- Bei viskoelastischen Materialien – exakte Einhaltung der Zeit für reproduzierbare Ergebnisse
- Moderne Härteprüfgeräte – automatische Steuerung von Prüfkraft und Belastungszeit
- Hohe Präzision – durch automatisierte Prozesssteuerung
Anwendungsbereiche der Vickershärteprüfung
Die Vickershärteprüfung hat sich als präzises und vielseitiges Verfahren in der Industrie etabliert. Besonders wertvoll ist diese Methode bei der Prüfung von homogenen Werkstoffen sowie bei dünnwandigen oder oberflächengehärteten Werkstücken und Randzonen.
| Anwendungsbereich | Vorteile |
|---|---|
| Homogene Werkstoffe | Präzise Messergebnisse über alle Härtebereiche |
| Dünnwandige Werkstücke | Zuverlässige Messungen auch bei geringer Materialstärke |
| Oberflächengehärtete Teile | Genaue Analyse der Randzonenhärte |
| Qualitätssicherung | Standardisierte Prüfung nach EN ISO 6507 |
Vickershärte in der Metallindustrie
In der Metallindustrie ist die Vickershärteprüfung unverzichtbar für die Qualitätssicherung. Bei Gewindestiften korrelieren die Festigkeitsklassen direkt mit der Vickershärte:
- 45H – entspricht einer Vickershärte von 450
- 14H – entspricht einer Vickershärte von 140
- 22H – entspricht einer Vickershärte von 220
Das Verfahren eignet sich besonders für die Analyse von Gefügestrukturen, Härteverläufen in Randzonen und bei oberflächengehärteten Komponenten. In der Fertigungstechnik dient es der Prozesskontrolle bei Wärmebehandlungen und metallurgischen Verfahren.
Kalibrierung und Qualitätssicherung
Die Kalibrierung von Vickers-Härteprüfgeräten bildet das Fundament der Qualitätssicherung und wird durch mehrere internationale Normen reguliert:
- DIN EN ISO 6507-2
- ASTM E 384
- VDI/VDE 2616-1
Eine präzise Kalibrierung umfasst zwei wesentliche Aspekte:
- Kontrolle der aufgebrachten Prüfkraft
- Genauigkeit des optischen Systems zur Vermessung der Eindruckdiagonalen
| DAkkS-Kalibrierung Parameter | Spezifikationen |
|---|---|
| Härteskalen | HV 0,01 bis HV 150 |
| Messbereich | 30 HV bis 1500 HV |
| Prüfmethode | Vergleich mit zertifizierten Referenzproben |
In modernen Qualitätsmanagementsystemen nach ISO 9001 ist die regelmäßige Kalibrierung nicht nur technisch erforderlich, sondern auch dokumentationspflichtig. Die Rückführbarkeit auf nationale und internationale Normale gewährleistet dabei die unternehmensübergreifende Vergleichbarkeit der Messergebnisse.