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Härteprüfung - Martenshärte




Prinzip

 

Kontinuierliche Aufzeichnung von Kraft, Tiefe und Zeit beim Eindrücken von drei oder vierseitigen Diamant-Pyramiden. Es wird eine Kontaktfläche unter Last aus der maximalen Eindringtiefe hmax berechnet. Zwischen elastischen und plastischen Verformungsanteilen wird (im Gegensatz zur plastischen Härte) nicht unterschieden. Dadurch lässt sich diese Härtedefinition schlecht mit anderen Definitionen vergleichen.

Formeln

 

HM = F / As(h) ... Martenshärte
Fmax ... Maximal wirkende Prüfkraft
h ... Eindringtiefe
As(h) ... Oberfläche des Eindringkörpers bei der Eindringtiefe h
As = 26,43 ⋅ h2 ... bei idealem Vickersindenter (ohne Spitzenverrundung)
As = 26,98 ⋅ h2 ... bei idealem modifiziertem Berkovichindenter (ohne Spitzenverrundung)

Differentielle Martenshärte

HM
diff
=
1
(
 
h
 
F
)
2
 
A
s
h
2


Kennzeichnung der Martenshärte:

Bsp.: HM 0,5 / 10 / 20 / 30 = 113000 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. Ternovskij, 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 Entwicklung der ehemaligen Universalhärte (jetzt Martenshärte) wurde vor allem in Deutschland im Zusammenhang mit der Entwicklung des Messgerätes Fischerscope H100 betrieben. Sie geht zurück auf Arbeiten von W. Weiler bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, sowie auf D. Dengel und H.-H. Behnke.
[4] W. Weiler, Zur Definition einer neuen Härteskala bei der Ermittlung des Härtewertes unter Prüfkraft, Materialprüfung 28 (1986) 217-220.

Durch Bezug auf die maximale Eindringtiefe kann der Härtewert sehr einfach und ohne Zugrundelegung von Modellen abgeleitet und gemessen werden. Dies wird jedoch durch eine Vermischung elastischer und plastischer Kennwerte und die schlechte Vergleichbarkeit mit existierenden Härtedefinitionen, insbesondere bei sehr elastischen Materialien erkauft.

Gültige Norm

 

DIN ISO 14577 1 - 3
Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters

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