Die Brinellhärteprüfung ist eine der ältesten und am häufigsten verwendeten Methoden zur Analyse metallischer Werkstoffe in der Materialwissenschaft, im Ingenieurwesen und anderen Anwendungen. Sie ist nach wie vor eine zuverlässige Methode zur Bestimmung Materialhärte, obwohl neuere Methoden zum Einsatz gekommen sind. Der Brinell-Härtetest ist besonders nützlich für Materialien mit großen, groben Körnern.
Was ist ein Brinellhärtetest?
Dieser Test wurde im Jahr 1900 zum ersten Standard für Methoden zur Beurteilung der Härte von Metall, als er vom schwedischen Ingenieur Johan August Brinell eingeführt wurde. Noch heute spielt er weltweit eine wichtige Rolle in der Qualitätskontrolle, Fertigung und Metallurgie. Die Brinell-Härteprüfung ist ein mechanischer Test, der häufig verwendet wird, um die Härte von Materialien wie Metallen und Legierungen zu bewerten. Bei diesem Verfahren wird mithilfe eines Eindringkörpers unter Aufbringung einer bekannten Last ein Eindruck im Testmaterial erzeugt. Die Brinell-Härteprüfung (BHT) folgt einer Reihe von Verfahren, die Sie im Folgenden kennenlernen werden, und ist effizient für grobe und heterogene Materialien wie Guss- und Schmiedeteile.
Prinzip des Brinell-Tests
Das Kernprinzip des Brinell-Tests besteht darin, einen harten, kugelförmigen Eindringkörper mit einer standardisierten Last für eine bestimmte Dauer in das Prüfmaterial einzustechen. Der Eindringkörper ist üblicherweise eine gehärtete Stahl- oder Wolframkarbidkugel mit einem Durchmesser von 10 mm. Die eingesetzte standardisierte Last liegt je nach Prüfmaterial zwischen 500 kgf und 3000 kgf. Die Eindringdauer beträgt etwa 10 bis 15 Sekunden, bevor die Messung erfolgt.
Verfahren zur Brinellhärteprüfung
Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Durchführung des Brinell-Härtetests:
Vorbereitung der Testprobe
Die Oberfläche der Prüfprobe wird durch Reinigen oder Polieren mit Schleifmitteln sorgfältig vorbereitet, um sicherzustellen, dass sie glatt und frei von Verunreinigungen ist. Dies geschieht, um einen präzisen Eindruck zu gewährleisten und Messfehler zu vermeiden.
Auswahl der Ballgröße
Für Standardtests wird die Standardkugelgröße von 10 mm verwendet, sie kann jedoch bei weicheren oder dünneren Materialien auch kleiner sein, etwa 2.5 bis 5 mm.
Auswahl der Last
Wählen Sie je nach Art des Prüfmaterials einen Lastbereich zwischen 500 und 3000 kgf. Wählen Sie 500 kgf für weichere Materialien wie Aluminiumlegierungen, Blei usw. 1500 kgf eignet sich für Bronze und Messing, während 3000 kgf ideal für Stahl und Gusseisen sind.
Ladezeit und Dauer
Wenden Sie die gewählte Last für eine Verweilzeit von etwa 10 bis 15 Sekunden an. Verwenden Sie dabei ein System, das Konsistenz gewährleistet, um Fehler während des Tests zu vermeiden. Die gewählte Verweilzeit hängt auch von der Art des zu prüfenden Materials ab.
Messen der Eindrücke
Messen Sie den Durchmesser zweier Achsen, die senkrecht zueinander stehen (900) und ermitteln Sie den Mittelwert. Um Fehler zu vermeiden und die Genauigkeit zu erhöhen, sollten mindestens zwei Messungen durchgeführt werden.
Berechnung der Brinellhärteprüfung
Wenn Sie ein manuelles System verwenden, setzen Sie die gemessenen Werte in die Formel zur Berechnung der Brinellhärte ein. Mit einem automatisierten System erhalten Sie jedoch sofort Ergebnisse.
Anwendungen des Brinellhärtetests
Da die Brinell-Härteprüfung einen relativ großen Eindruck erzeugt, eignet sie sich besser für die Prüfung großer Proben mit grober oder ungleichmäßiger Kornstruktur, wie etwa Schmiede- und Gussteile.
Prüfung von weichen bis mittelharten Metallen
Brinell-Tests eignen sich gut für Gusseisen, Aluminiumlegierungen, Messing und Weichstahl. Diese Materialien ermöglichen deutliche Eindrücke, ohne die Oberfläche zu beschädigen.
Große und ungleichmäßige Komponenten
Es ist ideal für große Teile wie Gussteile, Schmiedeteile und Stahlplatten. Der 10-mm-Kugeleindringkörper liefert stabile Ergebnisse auf rauen oder unebenen Oberflächen.
Überwachung der Wärmebehandlung
Der Test hilft dabei, die Härte vor und nach Wärmebehandlungen wie Glühen oder Anlassen zu vergleichen und zu bestätigen, ob der gewünschte Effekt erzielt wird.
Schweißzonenbewertung
Durch die Brinell-Prüfung werden Härteunterschiede in Schweißnähten und Wärmeeinflusszonen ausgeglichen, wodurch zuverlässige Gesamtmesswerte erzielt werden.
Vor- und Nachteile des Brinell-Tests
Vorteile:
- Einfach und wirtschaftlich: Unkomplizierte Einrichtung mit minimaler Probenvorbereitung.
- Ideal für raue Oberflächen: Kann auf unbearbeiteten oder unebenen Oberflächen durchgeführt werden
- Effektiv für große Teile: Kann Komponenten verarbeiten, die für andere Testmethoden zu groß sind
- Zuverlässig für weiche und mittelharte Materialien: Bietet gemittelte Ergebnisse, die die wahre Gesamthärte widerspiegeln
Nachteile:
- Nicht geeignet für dünne Proben: Große Einkerbungen können empfindliche Materialien beschädigen
- Große Einkerbungen: Kann bei Präzisionsteilen oder kosmetischen Oberflächen unerwünscht sein
- Geringere Präzision: Eingeschränkte Genauigkeit bei kleinen oder fein bearbeiteten Materialien im Vergleich zu Vickers
- Ungeeignet für Beschichtungen: Der Test dringt durch Oberflächenschichten hindurch und ist daher für Oberflächenbeschichtungen oder dünne Filme ungeeignet
Brinell im Vergleich zu anderen Härtetests
Um den Platz der Brinell-Methode unter anderen gängigen Härteprüfungen besser zu verstehen, vergleichen wir sie mit der Vickers-Härte und Rockwell-Härteprüfungen.
| Merkmal | Brinellhärte | Rockwell-Härte | Vickers-Härte |
|---|---|---|---|
| Eindringkörper | Stahl-/Hartmetallkugel | Stahlkugel oder -kegel | Diamantpyramide |
| Ladebereich | 500–3000 kgf | 15–150 kgf | 10 g – 100 kgf |
| Einrückungsgröße | Large | Medium | Small |
| Materialeignung | Weiche bis mittlere Metalle | Große Auswahl | Dünne Beschichtungen |
| Genauigkeit | Medium | Hoch | Sehr hoch |
| Oberflächenvorbereitung | Niedrig | Niedrig | Hoch |
| Allgemeiner Gebrauch | Gussteile, Schmiedeteile | Qualitätssicherung in der Massenproduktion | F&E, Mikrostrukturanalyse |
Jeder Test hat seine Stärken. Brinell eignet sich am besten für raue, weiche oder große Gegenstände. Rockwell bietet industrielle Effizienz, während Vickers sich durch Präzision und Vielseitigkeit auszeichnet.
FAQ
Ist der Brinell-Härtetest zur Messung der Härte von Sintermetallteilen geeignet?
Die Brinellhärteprüfung ist grundsätzlich nicht geeignet für Sintermetallteile. Sein großer Eindringkörper kann in Oberflächenporen eindringen, was zu ungenauen oder inkonsistenten Ergebnissen führt. Diese Methode eignet sich besser für dichte, homogene Materialien. Für pulvermetallurgische Komponenten wird aufgrund der kleineren Eindringtiefe und der höheren Präzision in der Regel der Vickers- oder Mikrohärtetest bevorzugt.
Beeinflusst die Temperatur den Erfolg des Brinell-Tests?
Ja, die Temperatur sowohl der Probe als auch des Testers kann die Ergebnisse beeinflussen. Daher ist es sicherer, diesen Test bei einer Umgebungstemperatur im Bereich von 10 bis 35 °C durchzuführen. 0C (50 bis 95 0F).
Gibt es einen Unterschied zwischen der Prüfung ebener und gekrümmter Oberflächen?
Ja, es gibt einige Unterschiede:
- Die Form einer Vertiefung auf einer flachen Oberfläche ist kreisförmig, während die Form einer gekrümmten Oberfläche nicht kreisförmig, sondern elliptisch ist.
- Bei flachen Oberflächen sollte der Unterschied zwischen den beiden Durchmessermessungen (größter und kleinster) derselben Einkerbung nicht mehr als einen Prozentsatz des Durchmessers der Eindringkugel betragen.
- Bei gekrümmten Oberflächen sollte der Mindestradius der Oberflächenkrümmung das Zweieinhalbfache des Kugeldurchmessers betragen.