Festkörperphysik

Härteprüfung nach Rockwell

Die Härteprüfung nach Rockwell rockt bei dir gar nicht mal so „well“? Keine Panik! Wir bringen dir gleich alles Wichtige bei!  Hier lernst du, wie du die wirkende Kraft F und den Härtewert berechnest und wie sich die Rockwellskala einteilt.

Inhaltsübersicht

Die Rockwell Härteprüfung

Das Härteprüfverfahren nach Rockwell wurde im Jahr 1914 von den Amerikanern Stanley P. Rockwell und Rockwell erfunden und nach ihnen benannt. Dabei waren die beiden auf der Suche nach einem simpleren Verfahren für die Prüfung von Lagerringen.

Rockwell Härteprüfung
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Härteprüfung nach Rockwell mit Diamantkörper oder Hartmetallkugel

Bei dem Prüfverfahren wird entweder mit einem kegelförmigen Diamantkörper oder mit einer Hartmetallkugel als Prüfkörper gearbeitet. Der Kegel hat dabei einen Winkel von 120° und einen Spitzenradius von 0,2mm.

Nun wird der Prüfkörper mit einer Kraft F auf die Probenoberfläche gedrückt. Dabei wird ein Eindruck auf der Oberfläche hinterlassen. Im Gegensatz zur Härteprüfung nach Vickers oder Brinell wird bei der Härteprüfung nach Rockwell nicht die Eindrucksoberfläche, sondern die Eindringtiefe verwendet. Die Eindruckstiefe dieses Abdrucks kann direkt an einer Messuhr abgelesen werden.

Berechnung der wirkenden Kraft bei der Rockwell Härteprüfung

Gehen wir den Prüfvorgang doch einmal Schritt für Schritt durch!

Zuerst wird der Prüfkörper mit einer Prüfvorkraft  auf die Oberfläche der Probe gelegt. Die Prüfvorkraft beträgt dabei 98 Newton. Das wird gemacht, um Setzvorgänge im Probematerial und ein eventuelles Spiel im Messgerät auszuschließen. Die Messuhr wird nun auf null gestellt. Somit bildet dies nun unser neues Bezugsniveau.

Nun wird zusätzlich zur Prüfvorkraft die Prüfkraft  aufgelegt. Die Prüfkraft für den jeweiligen Prüfkörper und den Werkstoff kann aus Tabellen entnommen werden. Der Prüfkörper dringt nun ganz in den Werkstoff ein. Die wirkende Kraft F berechnet sich aus der Summe der Prüfvorkraft und der Prüfkraft.

F= F_0 +F_1

Nachdem der Prüfkörper  maximal in die Probe eingedrungen ist, wird er wieder weggenommen. Durch das elastische Verhalten der Probe dehnt sich diese wieder leicht aus.

Berechnung der wirkenden Kraft F
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Berechnung der Prüfkraft und Prüfvorkraft

Berechnung der Rockwellhärte HRA, HRB, HRC und HRF

Nun messen wir die verbliebene Eindringtiefe h und berechnen damit den Härtewert. Dafür gelten folgende Formeln:

HRC, HRA = 100 -\frac{h}{0,002}

HRB, HRF = 130 -\frac{h}{0,002}

HR steht für die Härteprüfung nach Rockwell. Die Buchstaben A, B, C und F stehen dabei für verschiedene Verfahrensmethoden. So wird bei der Variante A der Prüfkörper mit 490 Newton und bei der Variante C der Prüfkörper mit 98 Newton Prüfkraft belastet.

Variante A und C werden bei der Verwendung eines Diamantkegels verwendet und Varianten B und F bei der Verwendung einer Hartmetallkugel. Auch hier werden die Prüfkörper wieder mit 490 Newton (B) und 98 Newton (F) mit belastet.

Sehr gut!  Nun haben wir unsere Rockwellhärte!

In der Praxis können die Werte allerdings direkt an der Messuhr abgelesen werden und das Berechnen kannst du dir sparen!

Berechnung von HRA, HRB, HRC und HRF
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Berechnung des Härtewerts

Einteilung in Härtegrade

Nun schauen wir uns an, was unser Ergebnis denn bedeutet. Dazu unterteilen wir das Verfahren in die Variante mit dem Diamantkegelprüfkörper UND in jene mit der Hartmetallkugel.

Bei einem sehr weichen Werkstoff dringt der Prüfkörper nahezu ganz in die Probe ein. Die Rockwellskala wird bei der Verwendung von Diamantkegeln in 100 Härtegrade eingeteilt.  Bei dem Diamantkegel wird sehr weichen Werkstoffen daher der Wert 0 und sehr harten Werkstoffen der Wert 100 zugeordnet.

Sehr weiche Oberflächen werden mit der Hartmetallkugel gemessen, da der Prüfkörper sonst zu stark eindringen würde. Hier ergeben sich analog zum Diamantkegel Werte zwischen 0 und 130.

Je nach Härte der Werkstoffe gibt es bei beiden Varianten auch noch weitere Modifikationen der Prüfkräfte. Allerdings ist hier zu beachten, dass die verschiedenen Ergebnisse der Verfahrensvarianten miteinander nicht vergleichbar sind!

Nun kennst du das Rockwell-Verfahren und kannst es auch gleich anwenden!

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