Brinell – Härteprüfung

Der schwedische Ingenieur Johan August Brinell lebte von 1849 bis 1925. Während seines beruflichen Werdeganges forschte er nach Alternativen zu den bis dahin bestehenden Festigkeitsprüfverfahren. Sein ursprüngliches Ansinnen war, eine Methode zu finden, welche weniger zeitaufwendig ist als der Zugversuch. Im Jahr 1900 gelang Brinell der Durchbruch und er entwickelte die Härteprüfung mittels einer Kugeldruckprobe.

Noch im gleichen Jahr der Entdeckung präsentierte er diese Methode bei der Weltausstellung in Paris. Dieses Prüfverfahren ist seitdem als Härteprüfverfahren nach Brinell bekannt. Heute nutzt man dieses Verfahren, um die Härte von Werkstoffen mit ungleichmäßigen Gefügen, weichen bis mittelharten Metallen oder anderen Materialien zu ermitteln.

Die Durchführung

Bei der Härteprüfung nach Brinell wird eine Prüfkugel aus Sinterhartmetall auf den Werkstoff gedrückt um anschließend den Abdruck auszuwerten. Ursprünglich wurden Prüfkugeln aus Hartmetall oder gehärtetem Stahl eingesetzt. Diese sind jedoch seit 2006 nicht mehr zulässig. Seither werden bei der Härteprüfung nur noch Kugeln aus Hartmetall verwendet. Der Durchmesser der Prüfkugel beträgt 10 mm, 5 mm, 2,5 mm, 2 mm oder auch 1 mm. Welche Kugel zum Einsatz kommt, wird nach Dicke des zu prüfenden Werkstoffes festgelegt. Die reguläre Zeit der Druckbelastung beträgt je nach Art des Werkstoffes 10 bis 15 Sekunden. Bei sehr weichen Stoffen kann die Einwirkzeit auch auf bis zu 30 Sekunden erhöht werden.

Bei der Härteprüfung nach Brinell muss darauf geachtet werden, dass die Oberfläche des zu erprobenden Werkstoffes glatt, eben und frei von Unreinheiten ist. Weiterhin muss auch dem stoßfreien und senkrechten Eindringen der Prüfkugel Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Nach der Druckbelastung misst man den senkrechten und waagerechten Durchmesser des entstandenen Abdrucks. Aus diesen beiden Werten bestimmt man den Mittelwert und nutzt diesen Durchmesser bei der entsprechenden Berechnung der Brinellhärte.

Für die Berechnung sind folgende Angaben notwendig:

Ausmessen des Abdruckesd = Mittelwert aus senkrechtem und waagerechtem Durchmesser (d1 + d2)/2

F = Prüfkraft welche an der Brinell-Härteprüfmaschine eingestellt wird (in Newton)

D = Durchmesser der Prüfkugel
 

Die Formel für die Berechnung der Brinellhärte lautet wie folgt:

Brinell Berechnungsformel

Vorteile

Durch den verhältnismäßig geringen Aufwand ist das Härteprüfverfahrens nach Brinell einfach und auch unter nicht so guten Umständen anwendbar.

Es können verhältnismäßig hohe Prüfkräfte angewandt werden. Hierfür stehen einfach ausgearbeitete aber robuste Geräte zur Verfügung.

Mittels einfacher Mikroskopen oder Vergrößerungsgläsern kann die Auswertung des entstandenen Abdrucks in dem Prüfmaterial erfolgen.

Nachteile

Wie schon beschrieben, muss die zu prüfende Fläche sehr sauber sein. Dies macht eine gewisse Vorbereitung notwendig. Dadurch resultiert auch, dass das Prüfen nach Brinell kein schnelles Verfahren ist. Somit ist diese Methode auch nicht für Werkstoffprüfung in Serie zweckmäßig.

Das Verfahren ist bei kleinen bzw. dünnen Werkstücken oder auch sehr harten Werkstoffen nicht oder nur bedingt anwendbar. Auf Grund der optischen Ermittlung besteht die Gefahr von Fehlmessungen, welche jedoch durch automatische Verarbeitung der Bilder per Computer um ein deutliches verringert werden kann.