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Wissen zum Rockwell-Prüfverfahren (Ermittlung der Rockwellhärte HR)

Allgemeines Wissen zur Rockwell Härteprüfung

Bei der Härteprüfung nach Rockwell, einem Tiefendifferenzverfahren, wird die bleibende Eindringtiefe gemessen, die durch den Eindringkörper entsteht. Im Gegensatz dazu wird bei den optischen Verfahren Brinell, Vickers und Knoop die Eindrucksgröße gemessen, die der Eindringkörper hinterlässt.

Je tiefer ein definierter Eindringkörper unter definierter Prüfkraft in die Oberfläche eines Werkstückes (einer Probe) eindringt, desto weicher ist das getestete Material. Aus der bleibenden Eindringtiefe sowie einigen weiteren Faktoren (s.u.) lässt sich dann die Rockwellhärte (HR) ermitteln.

Beim Rockwell-Verfahren  wird die Gesamtprüfkraft in zwei Stufen aufgebracht. Dadurch sollen der Einfluss der Rauigkeit der Probenoberfläche (z. B. Rillen auf der Probe) sowie der Messfehler durch das Spiel der Eindringtiefenmessung ausgeschaltet werden.

Ablauf der Rockwell Härteprüfung (HR) nach ISO 6508

  • 1. Prüfschritt: Zunächst wird der Eindringkörper mit der Prüfvorkraft (auch Vorkraft oder Vorlast genannt) bis zur Eindringtiefe h0  in die zu prüfende Probe gedrückt. h0 definiert die Bezugsebene (Basis) für die spätere Messung der bleibenden Eindringtiefe (h).
  • 2. Prüfschritt: Im Anschluss wird die Prüfzusatzkraft in einer nach der Norm definierten Einwirkdauer (mehrere Sekunden) aufgebracht, wobei der Eindringkörper bis zur maximalen Eindringtiefe h1 in die Probe eindringt.  Die Summe aus Prüfvorkraft und Prüfzusatzkraft ergibt die Prüfgesamtkraft (auch Hauptkraft oder Hauptlast genannt).
  • 3. Prüfschritt: Nach Ende der Einwirkdauer wird die Prüfzusatzkraft wieder entfernt, der Eindringkörper bewegt sich um den elastischen Anteil der Eindringtiefe an der Prüfgesamtkraft in die Ausgangsposition zurück und verharrt auf der Höhe der bleibenden Eindringtiefe h (ausgedrückt in Einheiten von 0,002 oder 0,001 mm). Diese wird auch als Tiefendifferenz bezeichnet (Differenz der Eindringtiefe vor und nach Aufbringung der Prüfgesamtkraft). Mithilfe der bleibenden Eindringtiefe h lässt sich dann die Rockwell-Härte (HR) nach einer in der Norm definierten Formel berechnen unter Zuhilfenahme der angewendeten Rockwellskala.

Die Prüfeindrücke müssen beim Rockwell-Verfahren so gesetzt werden, dass genügend Abstand zum Probenrand (Kante) sowie zwischen den einzelnen Prüfeindrücken vorliegt. Die Mindestwerte, die laut Norm ISO 6508 bei der Rockwell-Härteprüfung einzuhalten sind, finden Sie in der Grafik rechts.

Vor- und Nachteile der Härteprüfung mittels des Rockwell-Prüfverfahrens

Das Rockwell-Verfahren bietet folgende Vorteile:

  • keine Probenvorbereitung notwendig (Trennen, Schleifen, Einbetten)
  • direkte Ablesemöglichkeit des Härtewertes, keine optische Auswertung erforderlich (Vermessung von Diagonalen wie bei den optischen Verfahren)
  • schnelles (kurzer Prüfzyklus) und günstiges Verfahren (die Härteprüfmaschinen sind vergleichsweise günstig, da sie nicht mit einer aufwändigen Optik ausgestattet sein müssen wie die Maschinen für die optischen Verfahren Brinell, Vickers und Knoop)
  • zerstörungsfreie Überprüfung,  das Prüfstück kann weiterverwendet werden

Das Rockwell-Verfahren besitzt folgende Nachteile:

  • Es ist nicht immer das genaueste Verfahren zur Härteprüfung, da schon ein kleiner Tiefendifferenz-Messfehler zu einem großen Fehler beim ermittelten Härtewert führt.
  • Die Prüfstelle muss frei von jeglicher Verschmutzung (z. B. Zunder, Fremdkörper oder Öl) sein, um ein aussagekräftiges Prüfergebnis zu erzielen.
  • Der Eindringkörper hat unbekannte Einflüsse auf das Prüfergebnis, z. B. wenn der Eindringkörper abgenutzt ist und der Kegel nicht mehr den Normanforderungen entspricht (Normforderung: Nur zertifizierte und kalibrierte Eindringkörper verwenden, um Einflüsse zu minimieren!).
  • Mit zunehmender Härte lassen sich Werkstoffe nur schwer differenzieren.

Beispiele für Methoden und Anwendungen der Rockwell Härteprüfung

Um einen möglichst breiten Anwendungsbereich des Rockwell-Verfahrens zu erhalten, wurden sowohl für das Rockwell als auch für das Super Rockwell-Verfahren mehrere Rockwellmethoden entwickelt.  

Die einzelnen Rockwell-Methoden unterscheiden sich durch: 

  • die Art des Eindringkörpers (Material, Form und Geometrie bzw. Kugeldurchmesser);
  • die Höhe der Gesamtprüfkraft (auch Hauptkraft oder Hauptlast);
  • die Skalenteilung (Basis h0 für die zu messende bleibende Eindringtiefe h liegt bei 100 oder 130

Einheiten (je nach Skala gilt: 1 Einheit  E = 0,002mm bzw. 0,001mm).

Die Rockwell-Methoden, die sich daraus ergeben, verwenden fünf unterschiedliche Eindringkörper (Diamantkegel mit 120o Krümmung oder eine Hartmetallkugel aus Wolframkarbid mit den Durchmessern: 1/16",1/8",1/4",1/2") und sechs unterschiedliche Gesamtprüfkräfte (15, 30, 45, 60, 100, 150 kgf).

Daraus ergeben sich 30 verschiedene - nach ISO 6508 und ASTM E18 genormte – Rockwell-Skalen (z. B.: A, B, C, 30N, 15T) bzw. Prüfmethoden (z.B.: HRA, HRBW, HRC, HR30N, HR15TW), die jeweils unterschiedliche Härtebereiche und somit  verschiedenste Materialien und Anwendungsbereiche abdecken (siehe Tabellen unten sowie Poster „Härteprüfung an metallischen Werkstoffen“). 

Rockwell wird häufig als „Schnelltest” in der Produktion oder im Labor verwendet, aber auch für andere Verfahren wie die Jominyprüfung.

Die gängigste Rockwell-Methode in der Praxis ist HRC. Grundsätzlich werden Kugeleindringkörper für die Härteprüfung von weicheren Materialien und Diamanteindringkörper für die Prüfung härterer Materialien eingesetzt. Der Diamant würde weichere Materialien zerstören bzw. er würde durch sie durchstoßen.

Rockwell-Methoden (nach ISO 6508)

Die Tabelle zeigt die nach ISO 6508 genormten Rockwell-Methoden und ihre Anwendungen. Die Vorlast für alle Methoden beträgt 10 kgf.

Methode Eindringkörper Hauptlast (kgf) Anwendungen
HRA Diamant 120° 60 einsatzgehärtete Stähle und Legierungen, Hartmetalle
HRBW 1/16" Kugel 100 Kuper (Cu)-Legierungen, ungehärtete Stähle (in den USA auch für Stahl bis zu ca. 686N/mm²
HRC Diamant 120° 150 einsatzgehärtete Stähle und Legierungen, Hartmetalle
HRD Diamant 120° 100 einsatzgehärtete Stähle und Legierungen, Hartmetalle
HREW 1/8" Kugel 100 Aluminium (Al)-Legierungen, Kuper (Cu)-Legierungen
HRFW 1/16" Kugel 60 dünnes, weiches Stahlblech
HRGW 1/16" Kugel 150 Bronze, Kuper (Cu), Gusseisen
HRHW 1/8" Kugel 60 Aluminium (Al), Zink (Zn), Blei (Pb)
HRKW 1/8" Kugel 150 Lagermetalle und andere sehr weiche oder dünne Materialien, einschließlich Kunststoff (siehe ASTM D785)
HRLW 1/4" Kugel 60
HRMW 1/4" Kugel 100
HRPW 1/4" Kugel 150
HRRW 1/2" Kugel 60
HRSW 1/2" Kugel 100
HRVW 1/2" Kugel 150



 

Super Rockwell-Methoden (nach ASTM E18)

Die folgende Übersicht zeigt alle nach ASTM E18 genormten Super Rockwell-Methoden und ihre Anwendungen. Die Prüfvorkraft für alle Methoden beträgt 3 kg.

Methode Eindringkörper Hauptlast (kgf) Anwendungen
HR15N Diamant 120° 15 Werkstücke mit dünner Einsatzhärtung
HR30N 30
HR45N 45
HR15TW 1/16" Kugel 15 Dünnes Blech
HR30TW 30
HR45TW 45
HR15WW 1/8" Kugel 15 Aluminium (Al), Zink (Zn), Blei (Pb), Weißblech
HR30WW 30
HR45WW 45
HR15XW 1/4" Kugel 15 Aluminium (Al), Zink (Zn), Blei (Pb), Weißblech
HR30XW 30
HR45XW 45
HR15YW 1/2" Kugel 15 Aluminium (Al), Zink (Zn), Blei (Pb), Weißblech
HR30YW 30
HR45YW 45



 

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