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Härteprüfung - Eindringhärte (plastische Härte)





Prinzip

 

Kontinuierliche Aufzeichnung von Kraft und Tiefe beim Eindrücken von drei- oder vierseitigen Diamant-Pyramiden. Berechnung der Kontaktfläche unter Last durch Abzug des elastischen Deformationsanteils und Berücksichtigung von Formabweichungen des Prüfkörpers. Der Bezug auf rein plastische Verformungsanteile unterscheidet sie von der Martenshärte.

Eine Umwertung in die Vickershärte ist über die Formel HV= 92,62 * HIT möglich.

Formeln

 

HIT = Fmax / Ap(hc) ... Eindringhärte
Fmax ... Maximal wirkende Prüfkraft
Ap(hc) ... Projizierte Kontaktfläche (Querschnittsfläche) zwischen Eindringkörper und Probe
Ap = 24,5 * hc2 ... bei idealem Vickersindenter
hc ... Kontakttiefe des Eindringkörpers bei wirkender Prüfkraft, berechnet mit
hc = hmax - ε * Fmax/S
S ... Kontaktsteifigkeit
ε = m * hs /(hmax - hr)
hs - Elastische Deformation oberhalb der Kontaktfläche
hr - Schnittpunkt der Tangente an die Entlastungskurve mit der Wegachse
Er = 0,5 ⋅ √ π ⋅ S / √ Ap ... reduzierter E-Modul

Kennzeichnung der Eindringhärte:

Bsp.: HIT 0,5 / 10 / 20 / 30 = 11300 N/m2
0,5 ...Prüfkraft in N
10 ... Aufbringzeit der Prüfkraft in s
20 ... Einwirkdauer der Prüfkraft in s;
30 ... Dauer der Entlastung in s
11300 ... Härtewert



Bedingungen
  • Unterteilung in Nano- (h < 200 nm), Mikro- (F < 2 N) und Makro- (F < 30000 N) -Bereich
  • Die Probe muss 10 mal dicker als die Eindringtiefe oder 3 mal dicker als der Eindruckdurchmesser sein.
  • Durchführung des Tests bei stabilen Temperaturbedingungen.
  • Externe Temperatureinflüsse sind zu kontrollieren und die Temperatur ist konstant zu halten oder eine Driftkorrektur ist vorzunehmen.
  • Der Nullpunkt der Messung (Probenoberfläche) ist mit einer Genauigkeit besser 1 % zu bestimmen.
  • Senkrechtes und stoßfreies Aufbringen der Prüfkraft.
  • Geringe Annäherungsgeschwindigkeiten sind zu wählen (Nanobereich 10 - 20 nm/s)
  • Der genaue Messzyklus ist anzugeben.
Typisch:
  • 30 s Belastung
  • > 10 s Haltezeit bei Maximallast
  • 10 s Entlastung auf 10-20 % der Maximallast
  • > 30 s (besser 60 s) Haltezeit zur Bestimmung der thermischen Drift
  • endgültige Entlastung
Historie

 

Erste registrierende Härtemessungen im Mikro-Bereich, bei denen Kraft und Eindringtiefe mit hoher Genauigkeit kontinuierlich aufgezeichnet wurden, gehen zurück auf die Mitte der 70er Jahre. Die erste Arbeiten erfolgten unabhängig voneinander durch eine russische und eine deutsche Gruppe:
[1] S. I. Bulychev, V. P. Alekhin, M. Kh. Shoroshow, A. P. Ter-novskij, G. D. Shynrev, Zavodskaya Laboratoriya 41 (1975) 1137
[2] F. Fröhlich, P. Grau, Anordnung einer registrierenden Härteprüfung unter Last, DDR Patent 121 386 (25.09.1975)
[3] F. Fröhlich, P. Grau, W. Grellmann, Performancs and Analysis of Recording Microhardness Tests, phys. Stat. Sol. (a) 42 (1977) 79-89.

Die Eindringhärte bezieht sich (im Unterschied zur Martenshärte) nur auf plastische Deformationsanteile und kann daher direkt mit der Vickershärte verglichen werden. Anerkannte Theorien für die Berechnung (und damit den Abzug) des elastischen Deformationsanteils wurden zuerst von
[4] J. L. Loubet, J. M. Georges, G. Meille, ASTM STP 889 (1986) 72, Ed. P. J. Blau, B. R. Lawn
sowie von
[3] M. F. Doerner, W. D. Nix, J. Mater. Res. 1 (1986) 601. entwickelt.

Schließlich hat sich die 1992 von Oliver und Pharr entwickelte Methode als die bisher genaueste durchgesetzt. Das von ihnen entwickelte Auswerteprinzip wurde in den neuen internationalen Standard ISO 14577 übernommen.
[4] W. C. Oliver, G. M. Pharr, J. Mater. Res. 7 (1992) 1564.

Gültige Norm

 

DIN EN ISO 14577 1 - 4 Letzte Revision: 2015 Teile 1-3
Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter
Teil 1: Prüfverfahren
Teil 2: Überprüfung und Kalibrierung der Prüfmaschinen
Teil 3: Kalibrierung von Referenzproben
Teil 4: Prüfverfahren für metallische und nicht-metallische Schichten

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