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.

PrüfverfahrenEindringkörperVorkraftZusatzkraftGesamtkraftMaterialien
HRAKegel98,07 N490,30 N588,37 N
gehärtet angelassene / gehärtete Stähle
HRBKugel 1/16"98,07 N882,60 N980,67 N
weiche Baustähle / Nicheisenmetalle
HRCKegel98,07 N1373,00 N1471,07 N
gehärtet angelassene / gehärtete Stähle / hochfeste Baustähle
HRDKegel98,07 N882,60 N980,67 N
oberflächengehärtete Materialien
HREKugel 1/8"98,07 N882,60 N980,67 N
Gusseisen, Aluminium, Magnesiumlegierungen, Lagermetalle
HRFKugel 1/16"98,07 N490,30 N588,37 N
dünne Bleche ab 0,6 mm und geglühte Kupferlegierungen
HRGKugel 1/16"98,07 N1373,00 N1471,07 N
Bronze und Kupfer
HRHKugel 1/8"98,07 N490,30 N588,37 N
Aluminium, Zink und Blei
HRKKugel 1/8"98,07 N1373,00 N1471,07 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.

PrüfverfahrenEindringkörperVorkraftZusatzkraftGesamtkraftMaterialien
HR15NKegel29,42 N117,70 N147,12 N
Materialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRA
HR30N
Kegel29,42 N264,80 N294,22 N
Materialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRD
HR45NKegel29,42 N411,90 N441,32 NMaterialien mit dünner Einsatzhärtung, sonst wie HRC
HR15TKugel 1/16"29,42 N117,70 N147,12 NDünne Bleche, sonst wie HRF
HR30TKugel 1/16"29,42 N264,80 N294,22 NDünne Bleche, sonst wie HRB
HR45TKugel 1/16"29,42 N411,90 N441,32 NDünne 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

WerkstoffBezeichnungRockwell-Härte
1.0037S235JR55 HRC
-Hardox 40040 HRC
-Hardox 45044,5 HRC
-Hardox 50049 HRC
-Hardox 60055 HRC
1.4878X8CrNiTi 18 1095 HRB
1.4301X5CrNi 18 1090 HRB
3.3535AlMg 349 HRB
3.3547AlMg 4,5 Mn53 HRB
1.4828X15CrNiSi 20 1285 HRB
1.4571X6CrNiMoTi 17 12 280 HRB
CW009ACu OFE40 HRB