Metallhärte: Diagramme, Verfahren und Tests

Die Härte eines Materials ist eine Eigenschaft, die die Eindruckfestigkeit und Kratzfestigkeit einer Oberfläche bestimmt. Die Härtemessung bestimmt die Eindruckfestigkeit durch Stöße. Dies steht in Zusammenhang mit Duktilität und Materialhärte. Ein Material ist weniger dehnbar, wenn die Härte hoch ist. Die Messung kann anhand verschiedener Härteskalen erfolgen. Sie bestimmt auch die Veränderung des Härtegrads eines Materials durch Wärmebehandlung, Ausscheidungs- und Aushärtung, Anlassen und vieles mehr.

Die Härte von Metallen verstehen

Die Härtemessung gibt Aufschluss über die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber lokaler plastischer Verformung und Kratzfestigkeit. Einige Metalle wie Wolfram sind von Natur aus hart. Es ist auch als Werkzeugstahl bekannt, daher ist es wichtig, Verschleiß bei höheren oder niedrigeren Temperaturen zu widerstehen. Hartmetall oder Sinterhartmetall ist ebenfalls ein Schneidwerkzeug und eines der härtesten Materialien. Einige Metalle sind weich oder weniger gehärtet, wie reines Gold, Silber, Kupfer und Aluminium. Sie können ohne großen Aufwand gebogen oder zerkratzt werden. Wärmebehandlungen werden durchgeführt, um die Materialhärte zu erhöhen. Dadurch wird die Oberflächenhärte erhöht, ohne andere mechanische Eigenschaften des Metalls zu beeinträchtigen. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, werden unterschiedliche Härteumrechnungstabellen verwendet.

Härteprüfmaschine

Metallhärtetabelle

Verschiedene Metalle vertragen unterschiedliche Belastungsbedingungen, je nachdem, welche Härtemessmethode verwendet wird. Nachfolgend finden Sie die Härte gängiger Metalle hinsichtlich Eindringfestigkeit und Kratzfestigkeit. Um die verschiedenen Härteskalen zu kennen, müssen Sie die Härteumrechnungstabelle verwenden.

Mohs-Härteskala

Die Mohs-Härteskala ist eine präzise und genaue Charakterisierung der mikrostrukturellen Härte. Sie bestimmt die Materialhärte für dünne oder geschichtete Metallproben unter Verwendung hoher Lasten. Mohs-Härtetests können an winzigen und kleinen Proben durchgeführt werden. Alle Proben mit filigranem und kompliziertem Design können mit der Mohs-Skala bewertet werden

Rockwell-Härteskala

Die Rockwell-Härteskala misst die Festigkeit und Haltbarkeit von Metallen. Sie ist eine der gängigen Härtemessverfahren bei Härteskalen. Diese Härteskala misst die Verformungsbeständigkeit, Eindruckfestigkeit und Kratzfestigkeit. Es ist eine schnelle Methode zur Messung der Eindringtiefe.

Brinellhärteskala

Die Brinellhärteskala ist eine der ältesten Methoden zur Härtemessung. Sie wird speziell für Guss- und Schmiedearbeiten, größere Querschnittsflächen und Rohmaterialien verwendet. Es wird ein großer Eindringkörper verwendet, der die Auswirkungen lokaler Strukturunregelmäßigkeiten auf der Materialoberfläche verringert.

Vickers-Härteskala

Es ist die präziseste und genaueste Härtemessverfahren, die für eine Vielzahl von Materialien verwendet werden kann. Dazu gehören Metalle, Keramik und Polymere. Es eignet sich auch für die Härtemessung weicher und dünner Materialien.

Härte-Umrechnungstabelle

Die Messung der Materialhärte kann je nach Belastungsart variieren. Die Belastungen können Mikrohärte oder Härteprüfungen nach Mohs, Brinell, Vickers oder Rockwell sein. Die Härteumrechnungstabelle finden Sie unten:

Verfahren zur Erhöhung der Metallhärte

Es gibt nur wenige Verfahren, mit denen sich die Härte von Metallen erhöhen lässt, ohne andere Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Kaltverfestigung (Kaltverfestigung)

Es bezieht sich auf Kaltverfestigung oder Verformungsverfestigung. Dabei wird Metall wiederholt gebogen oder verformt, um die Plastizität des Materials zu verringern. Das Material wird dann kaltverfestigt und weniger duktil. Es wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Einige Metalle wie Nickel-Titan werden nicht verformt, können aber spannungsfrei gemacht werden.

Anodisierung

Das Eloxieren von Aluminiumsorten erzeugt Härtungseffekte. Der letzte Schritt des Eloxierens ist das Härten und Versiegeln der Oberfläche mit einem Salzversiegeler. Dadurch werden die Poren der Oxidschichten verschlossen und schließlich die Oberfläche gehärtet. Das Versiegeln sorgt außerdem für einheitliche Oberflächeneigenschaften.

Festigung der festen Lösung

Es handelt sich dabei um einen Legierungsprozess, bei dem dem Material ein Legierungsmittel zugesetzt wird. Dieses wird durch Erhitzen in das Material eingebracht, allerdings in festem Zustand. Das Material wird durch Abschrecken abgekühlt, wodurch die Härte des Materials zunimmt und die Duktilität abnimmt.

Aushärtung (Ausscheidungshärtung)

Es handelt sich um einen Prozess, der nach dem Gießen des Metalls durchgeführt wird, das eine Woche dauert. Dies ist ein natürlicher Aushärtungsprozess. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Metall für kurze Zeit auf erhöhte Temperaturen zu erhitzen. Dies stabilisiert die Eigenschaften und stärkt die Legierung durch Erhöhung der Materialhärte.

Einsatzhärten

Es handelt sich um ein Produkt zur Oberflächenbehandlung zur Erhöhung der Härte, Eindruckfestigkeit und Kratzfestigkeit von Materialien. Hierzu gehören Aufkohlen, Flammhärten, Cyanidhärten und Nitrieren zur Erhöhung der Verformungsbeständigkeit von Materialien.

Anlassen

Es handelt sich um einen Wärmebehandlungsprozess für kaltverarbeitete Materialien. Die Körner werden kalt verformt und dann gestreckt. Dadurch werden die Materialhärte und die Eindringfestigkeit der Oberfläche erhöht. Dies hängt auch von der Art der Körner, der Streckgrenze und der Kristallisation des Materials ab.

Rückstrahlen  

Es bezieht sich auf das Abflachen von Metall und erhöht die Härte und Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Verformung. Es wird empfohlen, diesen Vorgang nach der Formgebung durchzuführen, um eine bessere Kratzfestigkeit und Härte des Metalls zu erreichen.

Härteprüfung von Metallen: Methoden und Skalen

Die Härtemessung kann mit den Methoden Rockwell, Vickers, Brinell und Mikrohärte erfolgen. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile und eignet sich für bestimmte Zwecke.

Übersicht über gängige Härteprüfungen

Auswahl des richtigen Härtetests

Abhängig von den Belastungsbedingungen muss folgende Härteskala gewählt werden

Herausforderungen bei der Messung der Metallhärte

Bei der Härtemessung gibt es kaum Herausforderungen.

Materialvariabilität

Nicht jede Art von Material kann mit einer Härteskala getestet werden. Vickers ist für eine Vielzahl von Materialien geeignet. Je nach Größe, Form und Art des Materials muss jedoch eine Härtemessung ausgewählt werden.

Oberflächenbedingungen

Um die Verformungsbeständigkeit messen zu können, muss die Oberfläche des Materials gereinigt werden. Die meisten Härteskalen werden für flache Oberflächen verwendet, gekrümmte Oberflächen können daher nicht so einfach gemessen werden.