Was ist Härte?
Härte ist der mechanische Widerstand eines Werkstoffs gegen das Eindringen eines härteren Körpers. Sie ist kein physikalischer Grundwert, sondern eine anwendungsbezogene Kenngröße, die stark von der Prüfmethode abhängt. Deshalb muss immer das Prüfverfahren mit angegeben werden: z.B. 250 HV 10 oder 65 HRC.
Härte korreliert näherungsweise mit der Zugfestigkeit: Rm ≈ 3,3 × HV (für Stahl). Die Härteprüfung ist das schnellste und günstigste mechanische Prüfverfahren und deshalb weit verbreitet in Eingangskontrolle, Fertigungsüberwachung und Wärmebehandlungskontrolle.
Vickers-Härteprüfung (HV)
Prüfprinzip
Ein regelmäßiger Diamantpyramideneindringkörper (136°-Flächenwinkel) wird mit einer definierten Prüfkraft F (in N) für 10–15 Sekunden in die Oberfläche gedrückt. Die Diagonalen d₁ und d₂ des quadratischen Eindrucks werden optisch gemessen:
HV = 0,102 × F / A = 0,1891 × F / d² [F in N, d in mm]
Prüfkraftbereiche (HV-Skalen)
| Bezeichnung | Prüfkraft | Einheit | Anwendung |
|---|---|---|---|
| HV 0,001 – HV 0,1 | 0,0098–0,981 N | Mikrohärte | Phasen, Schichten, Korngrenzenbereiche |
| HV 0,2 – HV 1 | 1,96–9,81 N | Kleinlast | Dünne Schichten, Oberflächenhärtung |
| HV 5 – HV 30 | 49–294 N | Mittellast | Allgemein, Schweißnahtprüfung |
| HV 10 | 98,07 N (~10 kp) | Standardlast | Häufigstes Laborverfahren |
| HV 30 – HV 100 | 294–981 N | Hochlast | Grobe Gusstücke, inhomogene Werkstoffe |
Vorteile Vickers
- Ein einziges Verfahren für alle Härtebereiche (1–3000 HV)
- Kleiner, scharf begrenzter Eindruck — für dünne Bauteile geeignet
- Härteverlaufsmessungen (Einhärtungstiefe nach Randschichthärtung)
- Standard bei Schweißnahtprüfung (EN ISO 9015, HAZ-Prüfung)
Brinell-Härteprüfung (HBW)
Prüfprinzip
Eine Hartmetallkugel (Durchmesser D: 10 mm, 5 mm, 2,5 mm oder 1 mm) wird mit Kraft F in den Werkstoff gedrückt. Brinell-Härte ergibt sich aus der Eindruckfläche:
HBW = 0,102 × 2F / (π·D·(D - √(D²-d²)))
Prüfkraft-Kugel-Kombinationen
Das Verhältnis F/D² (in N/mm²) wird je nach Werkstoffgruppe gewählt:
- Stahl, Gusseisen, Nickellegierungen: F/D² = 30 → HBW 10/3000 (typisch)
- Kupfer, Kupferlegierungen: F/D² = 10
- Aluminium, Aluminiumlegierungen: F/D² = 5 oder 2,5
- Blei, Zinn: F/D² = 1
Einschränkungen
- Nur bis ca. 650 HBW (oberhalb keine Kugel mehr hart genug)
- Großer Eindruck — nicht geeignet für dünne Bauteile oder Oberflächenschichten
- Langsamer als Rockwell (manuelle Auswertemessung des Eindrucks)
Rockwell-Härteprüfung (HR)
Prüfprinzip
Beim Rockwell-Verfahren wird die Eindringtiefe des Prüfkörpers gemessen (nicht die Fläche). Das Verfahren arbeitet zweistufig: Vorlast (10 kp) → Prüflast → Rückkehr zur Vorlast. Die Resteindrucktiefe ist das Maß der Rockwell-Härte. Vorteil: Vollautomatisch, sehr schnell.
Wichtigste Rockwell-Skalen
| Skala | Eindringkörper | Prüfkraft | Anwendung |
|---|---|---|---|
| HRC | Diamantkegel 120° | 150 kp (1471 N) | Gehärteter Stahl, Schnellarbeitsstahl, Hartmetall |
| HRB | Stahlkugel 1/16" | 100 kp (981 N) | Weicher Stahl, Aluminiumlegierungen, Messing |
| HRA | Diamantkegel 120° | 60 kp (589 N) | Sehr hartes Material, Hartmetall, Cermet |
| HRF | Stahlkugel 1/16" | 60 kp | Glühte Kupfer- und Al-Legierungen |
| HRN, HRT | Diamantkegel | 15–45 kp | Oberflächenrockwell für dünne Schichten |
Weitere Härteprüfverfahren
Knoop-Härte (HK)
Ähnlich Vickers, aber asymmetrischer Rauten-Diamanteindringkörper (l/b ≈ 7:1). Nur eine Diagonale wird gemessen. Sehr kleiner Eindruck — ideal für spröde Werkstoffe, Keramik, Glas und dünne Beschichtungen. Norm: EN ISO 4545.
Leeb-Rückprallhärte (HL)
Ein Prüfkörper (Kugel) wird gegen die Oberfläche geschossen und prallt zurück. HL = (Rückprallgeschwindigkeit / Aufprallgeschwindigkeit) × 1000. Mobiles Verfahren für große, nicht transportable Bauteile (Druckbehälter, Walzen, Schiffsteile). Umrechnung in HV, HB möglich. Norm: EN ISO 16859.
Ultraschall-Kontakt-Impedanz (UCI)
Eindringkörper (Vickers-Diamant) auf einem schwingenden Stab. Die Frequenzverschiebung durch Kontakt mit der Probe ist proportional zur Härte. Mobil und schnell — Vor-Ort-Prüfung bei Druckbehältern und Schweißnähten.
Umwertung zwischen Härteskalen
Exakte Umwertung ist nicht möglich (verfahrensbedingte Unterschiede), aber EN ISO 18265 gibt Umwertetabellen für Stahl. Näherungsweise Umwertung für Stahl:
| HV | HBW | HRC | Rm (MPa, Näherung) |
|---|---|---|---|
| 80 | 76 | — | ~270 |
| 150 | 143 | — | ~500 |
| 200 | 190 | — | ~660 |
| 300 | 285 | 29 | ~1000 |
| 400 | 380 | 40 | ~1320 |
| 500 | — | 50 | ~1650 |
| 650 | — | 59 | ~2150 |
Härteprüfung an Schweißnähten
Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die Härteprüfung an Schweißverbindungen nach EN ISO 9015-1/-2. Die Prüfung erfolgt in der Schweißnaht (WM), der Wärmeeinflusszone (HAZ) und dem Grundwerkstoff (BM). Maximal zulässige Härtewerte sind in den Ausführungsnormen festgelegt (z.B. EN 1090: HAZ max. 380 HV 5 für normale Stähle).