Versuch: Mikrohärteprüfung 1 Versuchsziel und Anwendung Das Ziel der Mikrohärteprüfung ergibt sich oft aus der Notwendigkeit, die Härte eines Werkstoffes zu ermitteln, wenn die Prüfkräfte der Härteprüfverfahren nach Brinell, Vickers und Rockwell unzulässig groß sind. Dies gilt im Wesentlichen, wenn: - die Probe oder die auf der Probe zu erfassende Schicht sehr dünn ist - die Prüffläche auf der Probe sehr klein ist - Härteverläufe von der Oberfläche in die Probe ermittelt werden sollen - Die Verletzung der Probenoberfläche bei Fertigprodukten nicht groß sein darf. Mikrohärteprüfgeräte werden zur Härteprüfung und Qualitätskontrolle an gehärteten Teilen, Schweißnähten, galvanischen Beschichtungen, aber vor allem zu Untersuchungen von Gefügebestandteilen an unterschiedlichen Werkstoffen wie Metallen, Keramik, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen eingesetzt. 2 Grundlagen Für die Mikrohärteprüfung gelten die gleichen Grundlagen wie für DIN EN ISO 6507-1 Prüfung metallischer Werkstoffe, Härteprüfung nach Vickers (Makrobereich) sowie nach DIN ISO 4516 - Metallische und verwandte Schichten, Mikrohärtebestimmung nach Vickers und Knoop. Ein Vickers Eindringkörper (DIN EN ISO 6507-1) - ein Diamant in Pyramidenform mit quadratischer Grundfläche und einem Öffnungswinkel von 136 Grad in der Spitze - wird bei festgelegter Prüflast in das Prüfstück (Mikrobereich) eingedrückt. Es ist zu beachten, dass bei der Härteprüfung mit kleinen Prüfkräften sich im Gegensatz zur Makrohärteprüfung folgende Einflüsse verstärkt bemerkbar machen: - technische Einflüsse (z.b. Toleranzen von Eindringkörpern oder Prüfkräften, Belastungsbedingungen, Diagonalenmessung) - werkstoffseitige Einflüsse (z.b. Probenoberflächenbearbeitung, Anisotropie, Korngröße, Verformungsverhalten) Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 1 von 5
In manchen Punkten sind beide Bereiche nicht unabhängig voneinander zu betrachten. So hängt z.b. das Verformungsverhalten des Werkstoffes mit den Belastungsbedingungen eng zusammen. Weiterhin kann die Randwulstausbildung die lichtmikroskopische Vermessung des Eindruckes beeinträchtigen. 3 Versuchsaufbau und Gerätebeschreibung Für die Durchführung der Mikrohärteprüfung steht der Mikrohärteprüfer HMV - 2000 von Shimadzu zur Verfügung. Durch Aufsetzen einer Videokamera auf das Okular des Härteprüfers wird das Bild der Probenoberfläche auf den Monitor übertragen. Am Monitor erfolgt auch die Auswahl für die Stelle an der der Härteeindruck erfolgen soll und die Ausmessung der Härteeindrücke. Vorteile des Gerätes: - Reproduzierbare Härtemessung durch vollautomatische Lastaufbringung (11 Laststufen - 5 bis 2000 p) und einstellbare Lastzeit (zwischen 6-60 Sekunden), präzises Okularmikrometer - Mikroprozessorsteuerung Bedienung über Sensortasten, Speicherung und statistische Auswertung der Messdaten, Ausdruck über Thermodrucker Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 2 von 5
4 Versuchsdurchführung Die Mikrohärteprüfung wird an ausgewählten Probenstücken des der Praktikumsgruppe zur Verfügung gestellten Materials durchgeführt. Nach der mikroskopischen Gefügeuntersuchung der Mikroschliffe kann entschieden werden, welche Gefügebestandteile der unterschiedlich wärmebehandelten Proben für eine Messung empfehlenswert bzw. notwendig sind. Da die Eindrücke mikroskopisch klein sind, werden besondere Ansprüche an die Oberfläche des Prüfstückes gestellt. Die Oberfläche muss spiegelblank poliert sein. Das Prüfstück sollte in der Einspannvorrichtung oder in den dafür vorgesehenen Schraubstock auf dem x-y Kreuztisch befestigt werden. Nach der Nullpunkteinstellung der Messbalken mit Hilfe der Einstellknöpfe am optischen Kopf, sowie nach Eingabe der einzelnen Testparameter, wird die Mikrohärtemessung durchgeführt. 5 Versuchsauswertung Die Mikrohärteeindrücke werden am Monitor mit Hilfe der beiden Messbalken bei der Vergrößerung 500x ausgemessen. Die beiden Messbalken müssen so justiert werden, dass sie den Eindruck an den Außenkanten berühren. Das Messergebnis für die Härte des Gefügebestandteiles ist an der LCD Anzeige ersichtlich und kann ausgedruckt werden. Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 3 von 5
Aufbau des Gerätes: - optischer Kopf: Er besteht aus dem Okular 10x und den Einstellknöpfen für die Messbalken zum Ausmessen der Härteeindrücke. - Optisches System: Das optische System dient zur Festlegung der Messposition auf der Oberfläche des Prüfstückes, der Fokussierung des Bildes und der Messung des Eindruckes. Es besteht aus einem Mikroskop mit den Vergrößerungen 100x und 500x (Objektiv 10x und Objektiv 50x). - Eindringkörper Vickers: Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche und einem Winkel zwischen den gegenüberliegenden Seiten in der Spitze von 136 Grad - Eindringkörper Knoop: als Option erfordert Umbau des Gerätes - Eindringkörper Brinell: als Option erfordert Umbau des Gerätes - Prüflast Mechanismus: Er wählt und legt automatisch das Gewicht auf, welches in den Testparametern vorgegeben wurde. Die Übertragung der Kraft erfolgt über die Lastwelle auf den Eindringkörper. Die Ansteuerung wird vom Computer übernommen. - x y Kreuztisch: Die Prüfstücke werden mit Hilfe von Spanneinrichtungen auf dem x-y Kreuztisch befestigt oder direkt auf den Tisch gelegt, der in horizontaler und auch vertikaler Richtung bewegbar ist. - Tastatur: Die Tastatur besteht aus 8 Funktions - und 12 Eingabetasten. - LCD Anzeige: Flüssigkristallanzeige. Sie zeigt die Test-Parameter und Test- Resultate an. - Drucker: Thermo-Drucker. Er dient zum Ausdruck der eingegebenen Parameter, der Messwerte und Rechenresultate (z.b. Proben-Nr., Messmethode, Prüflast, Länge der Diagonalen, statistische Berechnungen). Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 4 von 5
6 Literatur Weiler: Macherauch: Seidel: Schumann: Härteprüfung an Metallen und Kunststoffen Expert Verlag Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung Vieweg Verlag Werkstofftechnik Hanser Verlag Metallographie Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie GmbH DIN EN ISO 6507-1; 2006-03 Metallische Werkstoffe Härteprüfung nach Vickers Teil 1: Prüfverfahren DIN EN ISO 4516; 2002-10 Metallische und andere anorganische Überzüge Mikrohärteprüfungen nach Vickers und Knoop Prof. Dr.-Ing. Eva Hille Seite 5 von 5