Möglichkeiten der mobilen Härteprüfung

Dr. Stefan Frank, Produktmanager Härteprüfung, Agfa NDT GmbH, Hürth

Unterschiedliche Methoden finden hier ihre Anwendung. Erfolgreich in der Praxis eingesetzt werden bisher die Prüfgeräte nach dem UCI- und dem Rückprallverfahren.

Nun führt innovative Technologie zu einem weiteren Fortschritt in der mobilen Härteprüfung: die optische Through-Indenter-Viewing-Methode (TIV) – mit dem Blick durch den Eindringkörper: Erstmals wird die Größe des Prüfeindrucks automatisch ermittelt, indem unter Last durch den Vickersdiamanten hindurch die Längen der Diagonalen gemessen werden.

Bei diesem neuen Verfahren, das auf der Härteprüfung nach Vickers basiert, gelingt es, mittels eines speziellen optischen Linsensystems einschließlich CCD-Kamera durch den Vickersdiamanten „hindurchzusehen“. Es lässt sich erstmalig während des Aufbringens der Prüfkraft der Eindringprozess des Vickersdiamanten in das Prüfmaterial direkt auf dem Display des Gerätes beobachten. Sobald die Prüfkraft erreicht ist, wird das Bild des Prüfeindrucks von der Sonde zum Gerät übertragen und automatisch ausgewertet.

Mit Hilfe einer speziellen Software wird in einem ersten Schritt die Umrandung des Eindrucks bestimmt. Aus den Schnittpunkten mit den auf dem Bildschirm abgebildeten Kanten des Vickersdiamanten (136 Grad Dachwinkel) werden schließlich die Längen der beiden Diagonalen des Eindrucks ermittelt. Der Mittelwert der Diagonalen dient an-schließend zur Berechnung des Härtewertes gemäß Vickersdefinition. Zur Umwertung der gemessenen Härte in andere Skalen sind im Prüfgerät die Tabellen gemäß DIN 50150 und ASTM E 140 abgespeichert und anwählbar. Die automatische Auswertung ist nicht nur schnell im Vergleich zum Einsatz eines herkömmlichen Messmikroskops – es werden auch subjektive Einflüsse durch den Benutzer ausgeschlossen.

Die visuelle Überprüfung der Form des Eindrucks erlaubt eine zuverlässige Aussage über die Qualität der Messung (Abb. 1). Ein Blick auf das Display genügt, um erkennen zu können, ob die Messung durch die Güte der Oberfläche, das Gefüge des Materials oder andere Effekte beeinflusst wurde. Zusätzlich zur automatischen ist auch eine manuelle Auswertung möglich. In einer vergrößerten Darstellung des Bildes auf dem Display wird die Umrandung des Eindrucks per Hand angepasst. Die Länge der Diagonalen wird automatisch aktualisiert und der entsprechende Härtewert angezeigt. Die Abbildung des Vickersdiamanten bietet darüber hinaus die Möglichkeit, den Zustand des Eindringkörpers direkt zu kontrollieren. Defekte am Eindringkörper wie zum Beispiel Kantenausbrüche werden sofort erkannt und somit fehlerhafte Messungen von vorneherein vermieden. Das TIV-Prüfgerät stellt vielfältige Funktionen für die Härteprüfung zur Verfügung, wie sie in der Praxis benötigt werden.

Die Ergebnisse einer Messreihe können graphisch als Kurve oder tabellarisch einschließlich statistischer Daten dargestellt werden. Alle notwendigen Informationen wie Mittelwert, Einzelwert oder statistische Daten werden während der Messung angezeigt bzw. aktualisiert. Die Möglichkeit, Verzeichnisse anzulegen und alphanumerische Daten einzugeben, erlaubt eine strukturierte Datenspeicherung und -verwaltung (Abb. 2).

Durch die statische Aufbringung der Prüfkraft wird das Schwingen des Prüfteils vermieden und daher auch die Härteprüfung an kleinen und dünnen Bauteilen möglich. Auch die elastischen Eigenschaften des Prüfmaterials müssen bei diesem Prüfverfahren nicht berücksichtigt werden und haben somit keinen Einfluss auf das Messergebnis. Dadurch ist das TIV unabhängig vom Material einsetzbar – ohne zusätzliche Kalibrierung. Vergleichsproben und aufwändige Einstellungen sind nicht länger notwendig. Das Gerät eignet sich für die Härteprüfung an Werkstoffen aller Art: von Stahl- und NE-Metallen über Kunststoffe, Hartmetalle, Glas und Keramiken bis hin zu verschiedenen Beschichtungen. Darüber hinaus sind auch sehr leichte und dünne Prüfteile wie Coils oder Metallbleche und -folien prüfbar. Die Härteprüfung ist so nicht nur unabhängig vom Material, sondern auch von Masse und Geometrie des Prüfteils. Damit werden vielfältige neue Anwendungsfelder eröffnet, die bisher für die mobile Härteprüfung nicht erschlossen waren. Beispiele für das Einsatzspektrum des TIV sind etwa:

Für Härtereien: die einfache und schnelle Bestimmung der Oberflächenhärte auch an verschiedenen Prüfmaterialien (keine Kalibrierung notwendig).

Für die Luftfahrt: die Härteprüfung vor Ort an dünnwandigen Bauteilen und an verschiedenen Legierungen ohne zusätzliche Kalibrierung.

Für die Hersteller von Coils: die zuverlässige mobile Härteprüfung an Metallblechen.

Für Prüfunternehmen: die Messung vor Ort mit einem universellen, mobilen Gerät.

Für Forschungsinstitute, Labors und Ausbildungsbetriebe: Der „Blick durch den Diamanten“ ermöglicht Beobachtung des Eindringprozesses und Kontrolle der Messung.

Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind durch die statische Aufbringung der Prüfkraft und die direkte sowie automatische Bestimmung der Diagonalenlängen des Eindrucks durch den Vickersdiamanten hindurch bedingt: Mit dem TIV kann die Härte mobil und vor Ort an unterschiedlichen Materialien gemessen werden, ohne zusätzliche Einstellungen und Justierungen durchzuführen.

Aufgrund der statischen Prüfkraftaufbringung ermöglicht das TIV auch Messung an dünnen und kleinen Teilen, wie zum Beispiel Coils, Bleche etc. Die „Live“-Abbildung des Eindrucks auf dem Bildschirm erlaubt die sofortige Beurteilung der Qualität der Messung. Das TIV verfügt über eine automatische Auswertung des Vickerseindrucks, d.h. die Diagonalenlängen werden direkt und automatisch bestimmt. Durch die Abbildung der Kanten des Diamanten auf dem Bildschirm wird der Zustand des Eindringkörpers direkt kontrolliert.