Härteprüfung nach Brinell (HB) für größere, grobe Proben

Härteprüfung nach Brinell

Die Härteprüfung nach Brinell wird für große Proben mit Werkstoffen einer groben oder inhomogenen Kornstruktur verwendet. Auf dieser Seite ist die Härteprüfung nach Brinell ausführlich beschrieben. Hier erhalten Sie auch praktische Tipps für den optimalen Einsatz.

Härteprüfung nach Brinell auf einen Blick:

• Zum Prüfen der Härte von großen Proben
• Optisches Auslesen erforderlich
• Normen: ASTM E10, ISO 6506, JIS Z 2243.

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Über die Härteprüfung nach Brinell

Die Härteprüfung nach Brinell wurde ursprünglich Ende des 19. Jahrhunderts von einem schwedischen Ingenieur entwickelt, der der Prüfung auch ihren Namen gab. Er suchte nach einem Verfahren zur Steuerung der Qualität bzw. der Härte von Stahl. Deswegen drückte er eine Kugel, die er dem Radlager eines Eisenbahnrads entnommen hatte, in den Werkstoff und vermaß anschließend den entstandenen Eindruck. Dieses Verfahren erwies sich als zuverlässig. Das war die Geburtsstunde der Härteprüfung nach Brinell.

Heute wird die Prüfung nach Brinell mit einem entsprechenden Prüfgerät durchgeführt. Das Gerät presst eine Wolframkarbidkugel mit definierter Andruckkraft in die Probe und misst dann optisch den Durchmesser des Eindrucks, der dann in den Brinell-Härtewert (HBW) umgerechnet wird.

• Größen des Eindringkörpers: 1 - 2,5 - 5 - 10 mm
• Prüfkräfte 1 kgf bis 3000 kgf
• Maximale Härte: 650 HBW.

Härteprüfung von großen Proben

Da bei der Härteprüfung nach Brinell ein verhältnismäßig großer Eindruck erzeugt wird, eignet sich diese Prüfung gut für große Proben mit einer groben oder inhomogenen Kornstruktur, wie Gussstücke oder geschmiedete Werkstücke.



Nützlicher Hinweis

HBW ist die Abkürzung für Härte Brinell Wolframkarbid. Wolframkarbid: Es sei darauf hingewiesen, dass Prüfverfahren nach Brinell seit Kurzem mit Wolframkarbidkugeln und nicht länger mit den weicheren Stahlkugeln (HBS) durchgeführt werden. Bei besonders hohen Härten werden unterschiedliche Ergebnisse erzielt.

Berechnung der Brinell-Härte​

Die Brinell-Härte wird durch optisches Vermessen des mittleren Durchmessers des Kugeleindrucks nach Belastung mit der Hartmetallkugel ermittelt. Der gemessene Eindruck wird dann mithilfe einer standardisierten Formel oder Referenztabelle in einen Härtewert umgerechnet. Moderne Härteprüfgeräte berechnen und zeigen den HBW-Wert mithilfe integrierter Software automatisch an.

HBW = Konstante × Prüfkraft/idealisierte Oberfläche des Eindrucks

HBW =  0,102 × 2F/(π D² (1-√(1-((d² /D²)))​

HBW: Brinellhärte mit Wolframkarbidkugel​

F: Prüfkraft (kgf)

D: Durchmesser der Hartmetallkugel (mm)

d: Mittlerer Durchmesser des Eindrucks (mm) aus 2 zueinander rechtwinklig gemessenen Werten

Brinell-Prüfkräfte

• Haltezeit: 10-15 Sekunden
• Dicke des Prüfmaterials, ASTM: Mindestens das 10-fache der Eindringtiefe
• Dicke des Prüfmaterials, ISO: Mindestens das 8-fache der Eindringtiefe.

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Messung der Brinell-Härte in 6 Schritten​

Unter Verwendung eines DuraVersa-100 Härteprüfgeräts:

1. Positionieren Sie Ihre Probe auf dem Prüftisch.
2. Drücken Sie auf „Autofokus“ oder stellen Sie den Fokus ein.
3. Wählen Sie die gewünschte Prüfkraft aus.
4. Wählen Sie ein Messobjektiv aus.
5. Prüfung starten.

Abstand zwischen Eindrücken​

Durch einen Brinell-Eindruck entsteht nicht nur eine sichtbare Verformung, sondern auch eine Veränderung des Gefüges im Bereich des Eindrucks. Um den Einfluss benachbarter Prüfungen auszuschließen und zuverlässige Messergebnisse zu gewährleisten, schreiben die Normen bestimmte Mindestabstände zwischen den Eindrücken vor.

Randabstand: ≥ 2,5 × mittlerer Eindruckdurchmesser, gemessen von der Mitte des Eindrucks bis zur nächstgelegenen Probenkante.

Eindruckabstand: ≥ 3 × mittlerer Eindruckdurchmesser, gemessen zwischen den Mitten benachbarter Eindrücke.​

Eindruckdurchmesser​

Der Durchmesser des Eindrucks muss in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gemessen werden. Der daraus ermittelte Mittelwert dient zur Berechnung des Härtewerts. Bei geschliffenen Oberflächen empfiehlt es sich, die Messungen in einem Winkel von ca. 45° zur Schleifrichtung durchzuführen.

Automatische Messsysteme mit Kamera können alternative Verfahren zur Mittelwertberechnung anwenden.

Vorbereitung für eine Härteprüfung nach Brinell​

Proben​

Die Prüfoberfläche muss glatt und eben sowie frei von Oxidzunder, Verunreinigungen und Schmiermitteln sein. Gemäß den geltenden Normen muss die Oberflächenbeschaffenheit eine präzise Messung des Eindruckdurchmessers zulassen. Dies setzt voraus, dass die Ränder des Eindrucks klar identifizierbar sind.

Bei Verwendung von kleinen kugelförmigen Eindringkörpern (1 mm und 2,5 mm) kann ein Feinschleifen oder Polieren erforderlich sein, um eine geeignete Oberflächengüte zu erzielen. Bei der Präparation ist Wärmeentwicklung zu vermeiden, die das Gefüge der Probe verändert und das Härteprüfergebnis beeinflussen kann.

Gerät​

Zur Gewährleistung zuverlässiger und rückführbarer Härteprüfergebnisse sollte das Brinell-Prüfgerät einmal jährlich durch ein akkreditiertes Kalibrierlabor direkt überprüft und kalibriert werden. Zwischen den direkten Kalibrierungen sollten regelmäßige indirekte Überprüfungen mit zertifizierten Härtevergleichsplatten durchgeführt werden, deren Brinell-Härtewerte bekannt sind.​

Umgebung

Aufgrund der relativ hohen Prüfkräfte und der großen Eindruckgröße ist die Prüfmethode nach Brinell grundsätzlich robust und eignet sich sowohl für den Laboreinsatz als auch für den Einsatz in Werkstätten. Da der Härtewert jedoch durch optische Messung des Eindrucks ermittelt wird, wird eine möglichst saubere und staubfreie Umgebung empfohlen, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten und den Wartungs- und Serviceaufwand zu minimieren. Für genaue und wiederholbare Ergebnisse sollte das Härteprüfgerät auf einer stabilen, starren Werkbank oder einem Tisch installiert werden. Vibrationen durch Maschinen in der Nähe, vorbeigehende Personen oder andere äußere Einflüsse sollten so weit wie möglich reduziert oder vermieden werden.

Gemäß den ISO- und ASTM-Normen muss die Betriebstemperatur zwischen 10 °C und 35 °C liegen.​

Bediener​

Der Bediener ist dafür verantwortlich, dass die Probe korrekt positioniert ist und während des gesamten Prüfzyklus stabil bleibt. Um Messfehler durch Verformung des Werkstoffs zu vermeiden, müssen die Eindrücke in ausreichendem Abstand zueinander und zu den Probenkanten gesetzt werden.

Für spezifische Anwendungen ist stets die entsprechende Brinell-Prüfnorm heranzuziehen, um die vorgeschriebenen Abstände und Prüfbedingungen einzuhalten.

Verfahren und Anwendungen für die Härteprüfung nach Brinell

Es steht eine Reihe von üblichen Prüfmethoden nach Brinell mit entsprechenden Werkstoffgruppen und Härtebereichen zur Verfügung. Die meisten Prüfmethoden können auf jedem Brinell-Härteprüfgerät durchgeführt werden.

Die Prüfmethoden nach Brinell sind grundsätzlich in vier Untergruppen (HB30, HB10, HB5, HB2,5) unterteilt, die jeweils für bestimmte Werkstoffgruppen geeignet sind.

• Für jede Gruppe gilt dasselbe Verhältnis Prüfkraft/Durchmesser (F/D²)
• Messungen der Brinell-Härte dürfen nur innerhalb einer Untergruppe miteinander verglichen werden.

* Die in der Tabelle angeführten Werkstoffe sind als typische Beispiele zu betrachten.

Erklärung

• HBW 2,5/187,5: Wolframkarbidkugel nach Brinell, Durchmesser 2,5 mm, Prüfkraft 187,5 kgf.
• HBW 5/750: Wolframkarbidkugel nach Brinell, Durchmesser 5,0 mm, Prüfkraft 750 kgf.

Bevorzugte Methode für Gussteile​

Die Härteprüfung nach Brinell eignet sich besonders gut für Gussteile, da die Prüfgeräte robust sind, die kugelförmigen Eindringkörper eine hohe Lebensdauer aufweisen und die erzeugten Eindrücke groß und leicht messbar sind.

Aufgrund der relativ großen Fläche des Brinell-Eindrucks mit einem Durchmesser von bis zu 6,0 mm repräsentiert der gemessene Härtewert einen Mittelwert über das häufig heterogene Gefüge von Gusswerkstoffen. Dies führt zu aussagekräftigeren und besser wiederholbaren Prüfergebnissen. Die großen Eindrücke sind auch einfacher zu bewerten, wodurch die Unsicherheit reduziert wird.

Bei der Prüfung von Gusseisen kommen häufig Prüfkräfte von 3000 kgf in Verbindung mit einem kugelförmigen Eindringkörper mit 10 mm Durchmesser zum Einsatz. Bei Verwendung geringerer Prüfkräfte eignet sich die Prüfmethode nach Brinell ebenso gut für weichere Gussteile wie Aluminium und Messing.

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Die Prüfmethode nach Brinell eignet sich besonders zur Prüfung grobkörniger, heterogener Werkstoffe sowie von Gusswerkstoffen, da der größere Eindruck eine aussagekräftigere Messung der Werkstoffhärte ermöglicht. Aufgrund ihres robusten Prüfprinzips eignet sie sich besonders für Gussteile, Schmiedeteile und andere Bauteile mit einem ungleichmäßigen Gefüge.

Ganz gleich, ob Sie zuverlässige Härteprüfungen im Labor durchführen oder eine verlässliche Qualitätskontrolle in der Fertigung sicherstellen möchten: Unsere Geräte für die Härteprüfung nach Brinell gewährleisten präzise, wiederholbare und rückführbare Prüfergebnisse. In Kombination mit intuitiver Software, zertifizierten Härtevergleichsplatten, Kalibrierung und einer großen Auswahl an Zubehör unterstützen unsere Lösungen effiziente Arbeitsabläufe und gewährleisten konsistente Härtemessungen für ein breites Anwendungsspektrum.

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Härteprüfung nach Brinell (HB) für größere, grobe Proben

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