Festkörperphysik

Härteprüfung nach Brinell

Wie genau funktioniert eigentlich das Verfahren der Härteprüfung nach Brinell? Hier findest du die notwendigen Formeln zur Berechnung des Brinell-Härtewerts (HBW), worauf bei der Durchführung des Verfahrens zu achten ist und was die Vorteile der Brinell Härteprüfung sind.

Inhaltsübersicht

Die Brinell Härteprüfung

Die Härteprüfung nach Brinell würde nach ihrem Erfinder Johan August Brinell, einem schwedischen Ingenieur, benannt. Dieser stellte sie im Jahr 1900 auf der Weltausstellung in Paris vor. Doch wie genau funktioniert diese nun?
Bei dem Verfahren wird ein Körper in Form einer Hartmetallkugel mit einer ansteigenden Prüfkraft F senkrecht auf die Oberfläche einer Probe gedrückt. Anschließend wird die aufgebrachte Prüfkraft 15 bis 20 Sekunden aufrecht gehalten.

Die Formel der Brinellhärte

Die Kugel hinterlässt dabei einen bleibenden Eindruck auf der Probe. Nun kann aus dem mittleren Durchmesser des Eindrucks und dem Durchmesser der Kugel die Brinellhärte, auch Brinell-Härtewert HBW genannt, berechnet werden. Es gilt:

HBW=\frac{0,102 * F}{A}

F ist die Eindringkraft, die auf den Körper wirkt in der Einheit Newton. A ist die Eindringoberfläche. Die Formel für sie lautet:

A=\frac{\pi}{2}*D*(D-\sqrt{D^2-d^2})

Nun kannst du A oben einsetzen und erhältst deinen HBW Wert.

HBW=\frac{0,102∙*F}{\frac{\pi}{2} * D * ( D-\sqrt{D^2-d^2})}

Achte beim Einsetzen aber unbedingt auf die verwendeten Einheiten Newton und Millimeter!

Härteprüfung nach Brinell
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Formel Brinell-Härtewert HBW

Belasten wir doch einmal beispielsweise eine Kugel mit dem Durchmesser 5mm mit 1 Kilonewton. Es bleibt ein Abdruck mit einem Durchmesser von 3,5 mm zurück. Wir setzen in unsere Gleichung ein und erhalten einen Brinell Wert von 9,09

HBW=\frac{0,102∙*∙F}{\frac{\pi}{2}∙*∙D∙*∙(D-\sqrt{D^2-d^2 })}=\frac{0,102∙*∙1000N}{\frac{\pi}{2}∙*∙5mm∙*∙(5mm-\sqrt{5mm^2-3,5mm^2})} =9,09

Bei Leichtmetallen liegen die Brinell Härtewerte zwischen 8 und 55, bei Eisen oder Stahl können diese bis zu 650 HBW betragen.

Beipiel zur Härteprüfung nach Brinell
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Beispiel zum Brinell-Härtewert HBW

Es kann allerdings auch vorkommen, dass der Abdruck des Prüfkörpers nicht exakt kreisförmig ist. In diesem Fall wird der Mittelwert aus dem senkrechten und dem waagrechten Durchmesser gebildet.

d=\frac{d_1+d_2}{2}

 

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Mittelwert aus dem senkrechten und waagerechten Durchmesser

Durchführung der Brinell Härteprüfung

Bei der Durchführung der Prüfung solltest du darauf achten, dass die Oberfläche des Prüfkörpers eben und frei von Verunreinigungen ist. Außerdem sollte die Prüfkugel möglichst stoßfrei und senkrecht in den Werkstoff eindringen.

Vorteile des Brinell Härteprüfverfahrens sind, dass es relativ einfach und auch unter schwierigeren Umständen meist durchführbar ist. Außerdem können hohe Prüfkräfte aufgebracht werden. Nur sehr dünne oder auch sehr harte Werkstoffe stellen ein Problem dar.

Die Auswertung erfolgt oftmals durch Mikroskope, Vergrößerungsgläser oder am PC. Allerdings ist das Brinell Verfahren nicht für die serienmäßige Werkstoffprüfung geeignet. Die Vorbereitungszeit für eine einzelne Probe ist hierfür zu lange.

Nun weißt du was die Brinell Härteprüfung ist und kannst sie auch gleich im Labor selbst testen!

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