Rockwell Härteprüfung

Beim Rockwell Härteprüfverfahren wird die Härte eines Werkstoffes ermittelt, indem ein Eindringkörper mit einer vordefinierten Kraft in das zu prüfende Material hineingepresst wird. Durch Ermittlung der Eindringtiefe kann die Härte des Werkstoffes ermittelt werden.

Entwicklung

Benannt wurde das Härteprüfverfahren nach seinen Entwicklern Stanley P. Rockwell und Hugh M. Rockwell, die ab 1914 als Metallurgen bei der Departure Manufacturing Company auf der Suche nach einem einfachen und schnellen Verfahren für die Härteprüfung von Lagerringen waren.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es zwar verschiedene Methoden, um die Härte eines Werkstoffes zu ermitteln aber diese Verfahren waren entweder sehr zeitintensiv (Brinell-Härteprüfung) oder sehr kompliziert in ihrer Anwendung bzw. nicht für härtere Materialien geeignet.

Die Entwicklung des ersten Prüfgerätes dauerte beinahe 5 Jahre und wurde im Februar 1919 patentiert. Stanley P. Rockwell wechselte noch im selben Jahr zu einem anderen Arbeitgeber und ließ noch im September 1919 ein zweites, verbessertes Prüfgerät patentieren.

Das wahre Potential des Gerätes wurde von Charles H. Wilson entdeckt. Er entwickelte es weiter und nahm einige wichtige Änderungen vor. Er führte den Diamant-Kegel als einen weiteren Eindringkörper ein und erhöhte die maximale Testbelastung von 100 auf 150 kg.

Außerdem organisierte er die Fertigung und den Vertrieb des Gerätes, was zu einer zügigen Verbreitung der Rockwell Härteprüfung führte.

Prüfkörper

Für die Härteprüfung nach Rockwell wurden viele verschiedene Prüfverfahren entwickelt, welche durch Auswahl des richtigen Eindringkörpers und Krafteinwirkung jeweils auf unterschiedliche Materialien angepasst werden konnten. Für das zu prüfende Material muss vor dem Test der vorgeschriebene Eindringkörper ausgewählt werden. Beim Rockwell-Messverfahren gibt es insgesamt diese drei Körper:

  • Kugel mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll ( ≈ 1,6 mm)
  • Kugel mit 1/8 Zoll Durchmesser ( ≈ 3,2 mm)
  • Diamantkegel mit einem Spitzenwinkel von 120° mit einer Kugelkalotte von 0,2 mm

Auch die einzusetzenden Prüfkräfte sind auf das zu testende Material abzustimmen. Um die Härteprüfung zu vereinfachen, wurden mehrere standardisierte Prüfverfahren entwickelt, in denen Krafteinwirkung sowie der zu nutzende Prüfkörper aus einer Tabelle abgelesen werden können.

Normal Rockwell

Die folgenden Prüfverfahren eignen sich für viele Stahlsorten, Gusseisen, Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie Bronze und Kupfer.

Prüfverfahren Eindringkörper Vorkraft Zusatzkraft Gesamtkraft Materialien
HRA Kegel 98,07 N 490,30 N 588,37 N gehärtet angelassene / gehärtete Stähle
HRB Kugel 1/16″ 98,07 N 882,60 N 980,67 N weiche Baustähle / Nicheisenmetalle
HRC Kegel 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N gehärtet angelassene / gehärtete Stähle / hochfeste Baustähle
HRD Kegel 98,07 N 882,60 N 980,67 N oberflächengehärtete Materialien
HRE Kugel 1/8″ 98,07 N 882,60 N 980,67 N Gusseisen, Aluminium, Magnesiumlegierungen, Lagermetalle
HRF Kugel 1/16″ 98,07 N 490,30 N 588,37 N dünne Bleche ab 0,6 mm und geglühte Kupferlegierungen
HRG Kugel 1/16″ 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N Bronze und Kupfer
HRH Kugel 1/8″ 98,07 N 490,30 N 588,37 N Aluminium, Zink und Blei
HRK Kugel 1/8″ 98,07 N 1373,00 N 1471,07 N Lager- und Nichteisenmetalle

Super Rockwell

Bei diesen Prüfverfahren ist die Eindringtiefe so gering, dass es entweder bei Materialien mit einer dünnen Einsatzhärtung oder auch bei sehr dünnen Blechen angewendet wird.

Prüfverfahren Eindringkörper Vorkraft Zusatzkraft Gesamtkraft Materialien
HR15N Kegel 29,42 N 117,70 N 147,12 N Materialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRA
HR30N Kegel 29,42 N 264,80 N 294,22 N Materialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRD
HR45N Kegel 29,42 N 411,90 N 441,32 N Materialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRC
HR15T Kugel 1/16″ 29,42 N 117,70 N 147,12 N Dünne Bleche, sonst wie HRF
HR30T Kugel 1/16″ 29,42 N 264,80 N 294,22 N Dünne Bleche, sonst wie HRB
HR45T Kugel 1/16″ 29,42 N 411,90 N 441,32 N Dünne Bleche, sonst wie HRG

Ablauf der Härteprüfung

Wenn alle Vorbereitungen getroffen wurden, kann der eigentliche Test beginnen.

Dazu wird die Materialprobe an den Eindringkörper herangeführt, bis die Vorkraft erreicht ist. Da die Messgröße die Eindringtiefe ist, muss die Tiefenmesseinrichtung nach Erreichen der Vorkraft auf 0 gestellt werden.

Danach wird der Eindringkörper mit der entsprechenden Zusatzkraft in das Material gedrückt. Die Dauer der Krafteinwirkung ist davon abhängig, ob das Material zeitabhängig plastisch fließt oder nicht. Die korrekte Belastungsdauer kann ebenfalls in Tabellen abgelesen werden. In den meisten Fällen wird die Prüfkraft für 2 bis 8 Sekunden aufrecht gehalten.

Nach dieser Zeitspanne wird die Zusatzkraft entfernt bis wieder der Wert der Vorkraft erreicht ist. Auf diese Weise können Ungenauigkeiten eliminiert werden, die eventuell auf plastische Verformungen der Apparatur zurückgeführt werden können. Auf der Messuhr kann nun die Härte nach Rockwell abgelesen werden.

Vorteile

  • Das Messverfahren ist sehr einfach und zeitsparend durchführbar.
  • Die Härte kann direkt abgelesen werden.
  • Auch bei hohen Härten anwendbar.
  • Materialproben werden nur minimal beschädigt.
  • Eine Automatische Prüfung ist möglich.

Nachteile

  • Vor allem bei dünnen Materialien steigt aufgrund der geringen Eindringtiefe die Fehlerrate.
  • Eine große Vielzahl verschiedener Prüfverfahren und Variablen.
  • Weichere Werkstoffe können nicht geprüft werden.

Beispiele

Werkstoff Bezeichnung Rockwell-Härte
1.0037 S235JR 55 HRC
Hardox 400 40 HRC
Hardox 450 44,5 HRC
Hardox 500 49 HRC
Hardox 600 55 HRC
1.4878 X8CrNiTi 18 10 95 HRB
1.4301 X5CrNi 18 10 90 HRB
3.3535 AlMg 3 49 HRB
3.3547 AlMg 4,5 Mn 53 HRB
1.4828 X15CrNiSi 20 12 85 HRB
1.4571 X6CrNiMoTi 17 12 2 80 HRB
CW009A Cu OFE 40 HRB