In der Welt der Materialwissenschaft und Metallurgie ist der Vickers-Härtetest eines der Verfahren zur Bestimmung MaterialhärteHärteprüfungen unterstützen Ingenieure im Allgemeinen bei der Beurteilung der Festigkeit, Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit eines Materials. Unter den zahlreichen verfügbaren Härteprüfverfahren zeichnet sich die Vickers-Methode durch ihre Genauigkeit, Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit bei sehr kleinen und dünnen Proben aus.
Im weiteren Verlauf erfahren Sie mehr über das Prinzip, die Vorgehensweise, die Vor- und Nachteile sowie die praktischen Anwendungen des Vickers-Verfahrens im Ingenieurwesen und anderen Branchen.
Inhalte
Was ist ein Vickers-Härtetest?
Im Jahr 1921 wurde der Vickers-Härtetest von Robert L. Smith und George E. Sandland bei Vickers Ltd. entwickelt. Der Test misst die Härte von Materialien mithilfe eines pyramidenförmigen Diamanteindringkörpers durch ein optisches Verfahren.
Die Vickers-Härteprüfung ist ein Mikrohärteprüfverfahren, das die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber plastischer Verformung durch eine Standardquelle ermittelt. Sie zählt zu den ältesten Prüfverfahren und ist in Großbritannien und Europa weit verbreitet. Der verwendete Eindringkörper ist rautenförmig mit quadratischer Grundfläche, wobei die gegenüberliegenden Flächen einen Winkel von 136° zueinander bilden. Dieser Eindringkörper wird mit einer Kraft von wenigen Gramm bis 100 kgf auf die Oberfläche des Prüfmaterials aufgebracht.
Die Methode ist vielseitig einsetzbar, da mit demselben Eindringkörper mehrere Prüfungen durch unterschiedliche Belastungen durchgeführt werden können. Der Vickers-Test folgt Normen wie ASTM E384 oder ISO 6507 und kann für Vergleichsstudien sehr nützlich sein.
Prinzip der Vickers-Härteprüfung
Die Vickers-Härteprüfung basiert auf dem Verhältnis zwischen der durch die Last ausgeübten Kraft und der Oberfläche des vom Eindringkörper erzeugten Eindrucks. Die Last wird für einen Standardzeitraum von etwa 10 bis 15 Sekunden aufgebracht, und die beiden Diagonalen des erzeugten Eindrucks werden mit einem Mikroskop gemessen. Aus diesen Werten wird die Vickers-Härtezahl berechnet, die als VHN oder HV bezeichnet wird. Die Härte eines Materials kann auch anhand der verwendeten Last ausgedrückt werden. Beispielsweise steht HV5 für die berechnete Härte für eine Last von 5 kg.
So messen Sie die Vickershärte
Sample Prep
Die zu verwendende Prüfprobe muss bestimmte Spezifikationen erfüllen, um Fehler während des Tests zu vermeiden. Erstens sollte die Oberfläche des Prüfmaterials glatt und gut poliert sein. Zweitens muss sie eben sein, damit der Eindruck des Eindringkörpers bei Belastung leicht gemessen werden kann.
Maschineneinrichtung
Der Vickers-Härteprüfer ist für eine fehlerfreie Durchführung des Prüfvorgangs ordnungsgemäß kalibriert, indem sichergestellt wird, dass alle Komponenten gemäß den ASTM- und ISO-Normen eingestellt sind. Beispielsweise liegt die aufgebrachte Last je nach zu prüfendem Material zwischen 1 gf und 120 kgf.
Anwendung laden
Mit dem Eindringkörper wird die Prüfprobe für eine Verweilzeit von etwa 10 bis 15 Sekunden belastet. Dieser Vorgang kann je nach Kapazität des verwendeten Vickers-Härteprüfgeräts entweder automatisch oder manuell erfolgen.
Messung
Nach dem Entfernen der Last und Ablauf der Verweilzeit wird die Diagonale des Eindrucks gemessen. Diese Messung erfolgt mit einem Mikroskop und muss sorgfältig durchgeführt werden, um Rechenfehler zu vermeiden. Der Durchschnitt der Diagonalmessungen ergibt den Einzelwert für die Vickers-Härteprüfung.
Berechnungen und Ergebnisse
Die Berechnung der Materialhärte ist mit der oben genannten Formel unkompliziert. Die Vickershärte wird in der Form xxxHVyy oder xxxHVyy/zz ausgedrückt. Dabei steht xxx für die Vickershärte, yy für die Belastung und zz für eine Verweilzeit, die den zulässigen Standardwert von 10 bis 15 Sekunden überschreitet. Beispielsweise bedeutet 400HV10 oder 400HV10/20, dass das Material eine Vickershärte von 400 kgfmm aufweist.-2, wobei eine Last von 10 kgf für eine Verweilzeit von 20 Sekunden angewendet wurde.
Anwendungen der Vickers-Härteprüfung
Das Vickers-Verfahren ist äußerst vielseitig und wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter:
- Metallurgie: Prüfung von Korngrenzen, Phasenänderungen und wärmebehandelten Zonen.
- Luft- und Raumfahrt & Automobil: Bewertung von Beschichtungen, Legierungen und Ermüdungsbeständigkeit.
- Elektronik: Härtemessung an Lötstellen und Mikrobauteilen.
- Qualitätskontrolle: Überprüfung der gefertigten Teile und Schweißzonen.
- Forschung und Entwicklung: Untersuchung neuer Materialien, Mikrostrukturen und Verbundwerkstoffe.
Vorteile der Vickers-Härteprüfung
- Großer Lastbereich: Wirksam für Härteprüfungen sowohl im Mikro- als auch im Makrobereich.
- Material Vielseitigkeit: Kann auf Metallen, Keramik und Polymeren verwendet werden.
- Präzision: Hohe Genauigkeit mit minimalen Abweichungen.
- Ein-Waagen-System: Vereinfacht den Vergleich verschiedener Materialien.
- Minimale Probenbeschädigung: Die Vertiefungen sind klein und flach.
Einschränkungen des Vickers-Tests
- Zeitaufwendig: Erfordert optische Messung und Berechnung.
- Oberflächenvorbereitungsempfindlichkeit: Raue oder gewölbte Oberflächen können zu ungenauen Messwerten führen.
Vergleich mit anderen Härteprüfungen
Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede zwischen Vickers, Brinell und Rockwell-Härteprüfung Methoden.
| Merkmal | Vickers | Brinell | Rockwell |
|---|---|---|---|
| Eindringkörper | Diamantpyramide | Stahl/Hartmetallkugel | Stahl/Kuppel/verschiedene Formen |
| Lastbereich | 1 gf – 120 kgf | 500 kgf – 3000 kgf | 15 kgf – 150 kgf |
| Präzision | Hoch (optisch) | Medium (optisch) | Hoch (tiefenbasiert) |
| Oberflächenvorbereitungsempfindlichkeit | Hoch | Medium | Niedrig |
| Anwendungen | Mikrobauteile, Beschichtungen | Gussteile, Schmiedeteile | Teile aus Massenproduktion |
Unter allen Härteprüfverfahren wird der Vickers-Test bevorzugt für gesintertes Metall aufgrund seiner Präzision und Anpassungsfähigkeit. Es verwendet einen rautenförmigen Eindringkörper und unterstützt ein breites Spektrum an Lasten. Laut Struers, häufig verwendete Lasten wie HV5, HV10 und HV20 eignen sich zum Prüfen von Sintermetallteilen mittlerer bis hoher Härte. Dies ermöglicht eine genaue Messung der Matrixhärte bei gleichzeitiger Minimierung von durch Oberflächenporosität verursachten Fehlern.
FAQ
Beeinflussen Form und Material des Eindringkörpers die Genauigkeit des Vickers-Härtetests?
Ja, das stimmt. Der mit dem Eindringkörper erzeugte Eindruck muss eine genau definierte Form aufweisen, um gemessen werden zu können. Außerdem muss der Eindringkörper aus einem verformungsbeständigen Material bestehen, da sonst die Messungen fehlerhaft sind. Diamanten eignen sich daher gut.
Beeinflusst die Größe der Einkerbung die Vickers-Härte eines Materials?
Ja, die Vickershärte eines Materials ist umgekehrt proportional zur Größe des Eindrucks. Das bedeutet: Je kleiner der Eindruck, desto höher die Härte des Prüfmaterials.
Ist der beim Vickers-Test entstandene Eindruckschaden ein Faktor, der zur Analyse des getesteten Materials beiträgt?
Ja, beim Eindrücken entstehen an den vier Ecken Risse, die auch bei weiteren Prüfungen zur Analyse der Materialqualität eine Rolle spielen können.