Rockwell-Härteprüfung

Rockwell-Härteprüfung

Rockwell-Prüfverfahren sind in den folgenden Normen definiert: ASTM E18 Metalle, ISO 6508 - Metallische Werkstoffe, und ASTM D785 Kunststoffe. Eine Kopie der neuesten Fassung dieser Norm, die regelmäßig überarbeitet wird, sollte den Bedienern zur Verfügung stehen. Die Rockwell-Härteprüfung basiert auf der Messung der Tiefe, auf die ein Eindringkörper durch eine (höhere) Prüfzusatzkraft über die aus einer zuvor eingeleiteten (niedrigeren) Prüfvorkraft resultierende Eindringtiefe hinaus eingedrückt wird. Der Prüfablauf ist in der Abbildung 23.4 rechts illustriert.
  • Einleitung der Prüfvorkraft. Eine "Nullposition" wird erfasst.
  • Allmähliche Erhöhung der Kraft bis zum Erreichen der Prüfzusatzkraft. Die maximale Eindringposition wird erfasst.
  • Entlastung bis zum Erreichen der Prüfvorkraft.
Die sich daraus ergebende Rockwell-Zahl ist die Tiefendifferenz bezogen auf die Null-Bezugs¬position infolge des Einwirkens der Prüfzusatzkraft. Das gesamte Verfahren dauert nur wenige Sekunden (bei Kunststoffen bis zu 15 s). Der größte Vorteil des Rockwell-Verfahrens liegtdarin, dass Ergebnisse schnell und direkt zur Verfügung stehen, ohne dass weitere Messwerte erfasst werden müssen.

Es gibt zwei Arten von Rockwell-Prüfungen (Tabelle 23.1):
  1. Rockwell: Die Prüfvorkraft beträgt 10 kp, die Prüfzusatzkraft 60, 100 oder 150 kp.
  2. Super-Rockwell: Die Prüfvorkraft beträgt 3 kp, die Prüfzusatzkraft 15, 30, oder 45 kp.
Tabelle 23.1: Häufig verwendete Skalen bei der Rockwell- und Super-Rockwell-Prüfung
Skala Prüfvorkraft (kg) Prüfzusatzkraft (kg) Eindringkörper
HRA 10 60 Diamant
HRB 10 100 1/16"-Kugel
HRC 10 150 Diamant
HR15N 3 15 Diamant
HR30N 3 30 Diamant
HR45N 3 45 Diamant
Bei beiden Prüfungen kann je nach den Eigenschaften des zu prüfenden Materials entweder ein Diamantkegel oder eine Wolframkarbidkugel als Eindringkörper verwendet werden. Rockwell-Härtewerte werden als Kombination einer Härtezahl und eines Skalensymbols ausgedrückt, das den Eindringkörper und die Prüfvor- und -zusatzkraft angibt. Die Härtezahl wird durch das Symbol HR und die Skalenbezeichnung gekennzeichnet.

Der am häufigsten verwendete Eindringkörpertyp ist ein Diamantkegel mit einem Spitzenwinkel von 120 Grad, der für die Prüfung gehärteter Stähle und Karbide geeignet ist. Weichere Werkstoffe werden üblicherweise mit Kugeln aus Wolframkarbid mit Durchmessern zwischen 1/16" und ½" geprüft. Die Kombination von Eindringkörper und Prüfkraft definiert die Rockwell-Skala. Aufgrund der möglichen Kombinationen gibt es 30 verschiedene Skalen, wobei die Härte als Härtezahl gefolgt von den Buchstaben HR und der entsprechenden Skala angegeben wird. Die Härteangabe 63HRC bezeichnet eine Härte von 63 auf Rockwell-Skala C. Höhere Werte weisen auf härtere Materialien hin. Diese können HRC-Werte oberhalb von 70HRC aufweisen. Rockwell- Prüfkräfte können entweder über einen Kraftaufnehmer in einem geschlossenen Regelkreis oder über konventionelle Totlastsysteme aufgebracht werden.
 

Faktoren, die die Genauigkeit, Präzision und Messabweichung bei Rockwellprüfungen beeinflussen

Einer der wichtigsten Faktoren, die die Präzision und Zuverlässigkeit der Rockwellprüfung beeinflussen ist die Prüfmaschine an sich. Die Variabilität der Prüfergebnisse ist die Summe der Variabilität aufgrund der Ausrüstung und der Variabilität aufgrund des Bedieners und der Umgebungsbedingungen. Eine GR&R-Prüfung der Messwiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit kann zeigen, welchen Anteil der gesamten verfügbaren Prozesstoleranz die Variabilität der Maschine beansprucht. Eine hohe Variabilität (oder enge Prozesstoleranz) führt zu einem hohen GR&R-Wert. Durch einen GR&R-Test an unterschiedlichen Geräten, die für den gleichen Prozess verwendet werden, kann der Anwender die inhärente Variabilität der Maschinenwerte direkt vergleichen (je niedriger der GR&R-Wert, umso höher die Leistungsfähigkeit der Ausrüstung), siehe Abbildung 23.5. Untersuchungen haben gezeigt [39], dass geregelte Krafteinleitungssysteme und andere konstruktiv bedingte Faktoren und die Herstellungsqualität die Leistungsfähigkeit eines Systems wesentlich verbessern können.

Die Rockwell-Prüfung gilt normalerweise als eines der einfacheren Prüfverfahren, und in der Tat kann dieses Verfahren auch sehr schnell und präzise sein. Konsistente und präzise Ergebnisse können jedoch nur erzielt werden, wenn der korrekte Zustand von Maschine, Probe und Aufbau gewährleistet ist. Es gibt zahlreiche Faktoren, die die Ergebnisse von Rockwell-Prüfungen negativ beeinflussen können. Diese können jedoch in den meisten Fällen durch eine genaue Befolgung vorgegebener Verfahren und durch eine ordnungsgemäße Kalibrierung und Wartung vermieden werden.

Eine der häufigsten Fehlerursachen ist eine Beschädigung des Eindringkörpers. Diamant-Eindringkörper sind sehr hart, aber auch sehr spröde, und können deshalb durch einen starken Schlag beschädigt werden. Eine solche Beschädigung (oder ein zu hoher Verschleiß der Spitze) verändert den Eindringwiderstand und führt üblicherweise zu einem zu hohen Härtemesswert. Ein verformter Kugeleindringkörper kann ebenfalls zu hohe Messwerte verursachen.

Eine weitere häufige Fehlerursache ist eine Verformung der Krafteinleitungskette. Diese kann vielfältige Ursachen haben, und alle diese Ursachen haben zu niedrige Rockwell-Härtemesswerte zur Folge. Wenn die Auflage beschädigt oder ein Eindruck vorhanden ist, dann absorbiert erhabenes Material an der Oberfläche einen Teil der Verformung unter Last. Auch wenn Schmutz oder Fett im Kontaktbereich zwischen Auflage und Spindel oder am Spindelmechanismus vorhanden ist, verursacht dies eine zu hohe Verformung und ändert den Härtewert.

Die Probe selbst ist ebenfalls von Bedeutung, wenn es darum geht, präzise Ergebnisse zu erzielen. Die Rockwell-Prüfung reagiert weniger empfindlich auf die Oberflächen-präparation als optische Prüfverfahren, aber dennoch gilt: Je besser der Oberflächenzustand desto genauer und reproduzierbarer sind die Ergebnisse. Die Unterseite der Probe muss guten Kontakt zur Auflage haben und es dürfen keine störenden Fremdkörper oder loses Material vorhanden sein. Die Probe sollte vor der Prüfung immer gereinigt werden. Auch muss die Probe während der Prüfung sicher eingespannt werden, da jede Bewegung der Probe das Ergebnis beeinflussen kann. Eine Bewegung von nur 2µm entspricht 1 Rockwell-Punkt. Zu hohe Schwingungen aus der Umgebung oder aufgrund eines ungeeigneten Tisches können ähnliche Probleme verursachen.

Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass sich die meisten der beschriebenen Probleme vermeiden lassen, wenn der Bediener hinsichtlich der richtigen Einspannung und Prüftechnik gut geschult wird, die Umgebung für die Prüfung geeignet ist, und das Prüfgerät sauber ist und gut gewartet wird.

Weitere Informationen zu Härteprüfung finden Sie in unserem SumMet-Leitfaden.