DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

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Mobile Härteprüfung - Quo vadis?

Jürgen-Dieter Schnapp

Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie
Kontakt: Doz. Dr.-Ing. habil. Jürgen Dieter Schnapp

Situation

Mobile Härteprüfverfahren werden in vielfältiger Weise und in größerem Umfang eingesetzt. Für nicht transportable und/oder große Bauteile und Anlagen sind stationäre Härteprüfgeräte im Labor ungeeignet. Es ist ein weiter zunehmender Bedarf an Prüfgeräten und deren Anwendung vorhanden. Die Prüfergebnisse sollten sicher, reproduzierbar und vergleichbar sein. Daraus ergibt sich die Forderung, dem Anwender Hilfsmittel, wie Normen und Richtlinien, bereitzustellen.

Vielfalt der mobilen Härteprüfverfahren

Bei den auf dem Markt befindlichen mobilen Härteprüfgeräten, die mit einem Indenter arbeiten, sind fast alle möglichen Verfahrensunterschiede vertreten (kursiv, wenn für mobile Prüfung nicht bekannt):

  • Belastungsart
    • statisch
    • dynamisch
  • Art der Messung
    • nach der Entlastung
    • nach einer Teilentlastung
    • während der Belastung
  • Messgröße
    • Kugelkalottendurchmesser (BRINELL)
    • Diagonalenlänge (VICKERS, KNOOP)
    • Eindringtiefe
    • Frequenzverschiebung
  • Eindringkörpergeometrie
    • Stahl- und Hartmetallkugel
    • gleichseitige Diamantpyramide
    • ungleichseitige Diamantpyramide
    • Diamantkegel
    • Berkovich-Diamant
    • spezielle Eindringkörper
  • Größe der Belastung
    • Makrohärte
    • Kleinlasthärte
    • Mikrohärte
    • Ultramikrohärte

Ebenso zeigt die folgende Einteilungsübersicht die enorme Vielfältigkeit: der mobilen Härteprüfverfahren. In jeder Gruppe sind z. T. mehrere Prüfgeräte.

  1. mobile Härteprüfung mit Eindringkörper
    1. statisch
      1. laterale Länge
        1. Längenmessung nach Entlastung
        2. Längenmessung unter Last
            Prüfgeräte:
            TIV (TROUGH INDENTER VIEWING) (I)
      2. Eindringtiefe
            Prüfgeräte:
            SHORE A
            SHORE B
            SHORE C
            SHORE D
            COMPUTEST (II)
            PILODYN (III)
      3. andere Messgrößen
        1. Frequenzverschiebung
            Prüfgeräte:
            MIC (UCI: ULTRASONIC CONTACT IMPEDANCE)
            (IV)
          elektrischer Widerstand
            Prüfgeräte:
            ESATEST (V)
    2. dynamische Verfahren
      1. senkrecht zur Oberfläche
        1. dynamisch-elastisch (Rücksprung)
            Prüfgeräte:
            SKLEROSKOP
            DUROSKOP
            EQUOTIP (VI)
            DYNAMIC (VII)
        2. dynamisch-plastisch
            Prüfgeräte:
            POLDI-Hammer (VIII)
            BAUMANN-Hammer
            SCHMIDT-Hammer (IX)
            Scherkraft-Härteprüfer (X)
      2. parallel zur Oberfläche
        verschiedene Ritzverfahren
  2. mobile Härteprüfung ohne Eindringkörper (indirekte Verfahren, z. B. mit Wirbelstrom oder Ultraschall)

Beispiele für mobile Härteprüfgeräte

(Die römischen Zahlen beziehen sich auf die obige Einteilungsübersicht. Die Abbildungen sind Herstellerinformationen entnommen)

Die Härteprüfverfahren nach SHORE A und SHORE D sind als einzige europäisch genormt. Für das TIV-Prüfverfahren wurde die Normkonformität zur DIN EN ISO 6507: Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach Vickers nachgewiesen.
Für alle anderen Prüfverfahren gibt es zurzeit keine europäische Norm (DIN EN) noch den Nachweis einer Normkonformität.
Andererseits sind die kommerziell angebotenen Prüfgeräte ausgereift und in großen Umfang in der Anwendung. Sie liefern bei richtiger Anwendung innerhalb der jeweiligen Methode vergleichbare Werte. Eine Vergleichbarkeit untereinander ist auf Grund der großen Verfahrensunterschiede in der Regel nicht möglich.
Die Verfahren sind dem jeweiligen Werkstoffverhalten angepasst. So gibt es z. T. sehr spezielle Geräte für Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Holz usw..
Eine verfahrensübergreifende Richtlinie zur Auswahl und Nutzung der verschiedenen Prüfverfahren existiert gegenwärtig nicht. Die Zielstellung der VDI/VDE-Richtlinie 2616 (Juli 2002), die einen guten Überblick über die Verfahren gibt, geht für diese Problematik noch nicht weit genug.
Die Möglichkeiten und Grenzen der Verfahren werden in den Gebrauchsanweisungen und Gerätebeschreibungen der Hersteller für das jeweilige Prüfgerät angegeben.

Quo vadis?

  • Viele Industriezweige müssen zunehmend große oder nicht transportable Bauteile und Anlagen prüfen.
  • Das Interesse der Industrie an dem Einsatz der mobilen Härteprüfung nimmt deutlich zu.
  • Es wird keine einheitliche Norm für die mobile Härteprüfung geben,
    • weil ein sehr unterschiedliches mechanisches Verhalten der einzelnen Werkstoffgruppen vorliegt,
    • weil gegenwärtig für jede Werkstoffgruppe spezifische mobile Verfahren im Einsatz sind,
    • weil es zahlreiche verschiedene etablierte Verfahrensprinzipien und Geräte gibt.
  • Das Defizit an entsprechenden Normen für die einzelnen Verfahren muss für den europäischen Raum beseitigt werden. Hierzu sollte eine DIN EN-Norm erarbeitet und eingeführt werden, die in separaten Teilen die einzelnen Verfahren beschreibt.
  • Gleichzeitig sollte eine Richtlinie für die Anwendung der mobilen Härteprüfverfahren erarbeitet werden oder als Ergänzungen in der vorhandenen VDI/VDE-Richtlinie 2616 eingearbeitet werden. Eine solche Richtlinie, die alle mobile Prüfverfahren umfasst, wird den Nutzern eine Hilfestellung für die Auswahl, die Abschätzung der Möglichkeiten und Grenzen sowie die Anwendung geben.
  • In den letzten Jahrzehnten wurden interessante neue Messprinzipien entwickelt und in Geräten umgesetzt. Hier können z. B. das UCI-Verfahren (Microdur), das Rücksprungverfahren (Equotip, DynaMic), das TIV-Verfahren, die Flächenermittlung durch den elektrischen Widerstand (Esatest) und die Eindringtiefenmessung (Computest) genannt werden.
    Weitere grundsätzlich neue Entwicklungen neuer Prinzipien werden zukünftig eher die Ausnahme sein.
  • Die prozentualen Anteile an der Gesamtanwendung werden sich auf Grund der Handhabbarkeit, der Anwendungsbreite, der speziellen Anwenderanforderungen und dem Gerätepreis voraussichtlich deutlich verändern.
  • In Weiterbildungs- und Informationsveranstaltung sollten die mobilen Härteprüfer geschult werden. Es muss bewusst sein, dass für eine ordnungsgemäßige und verlässliche Härteprüfung Fachwissen benötigt wird.
  • Es wird sich die Auffassung durchsetzen, dass die Härteprüfung dann ein zerstörungsfreies Prüfverfahren ist, wenn die Funktion des Bauteiles durch die Prüfung nicht beeinträchtigt wird.
  • Am 29.04.2004 wurde eine DGZfP-Arbeitsgruppe "Mobile Härteprüfung" gebildet. Diese wird mit dem DIN, dem Arbeitsausschuss NMP 141, der DGM und dem VDI eng zusammenarbeiten.
    Zurzeit besteht die Arbeitsgruppe aus folgenden Mitgliedern
    Dr. J. D. Schnapp (Universität Jena) - Leitung
    Dipl.-Ing. L. Bergmann (Finow-Rohrleitungsbau)
    Dr. S. Frank (General Electrics Inspection Technologies Hürth)
    Dr. A. Hecht (BASF AG Ludwigshafen)
    Dipl.-Ing. M. Klein (Bayer Technology Service GmbH, Dormagen
    Dr. M. Kompatscher (PROCEQ SA, Schwerzenbach)
    Dipl.-Ing. M. Klein (Bayer Technology Service GmbH, Dormagen
    Dipl.-Phys. C. Kühne (Vattenfall Europe PowerConsult GmbH Peitz)
    Dr. A. Wehrstedt (DIN Berlin)
    Weitere aktive Mitglieder und Erfahrungsträger sind willkommen

    Kontakt:
    Doz. Dr.-Ing. habil. Jürgen Dieter Schnapp
    Friedrich-Schiller-Universität Jena
    Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie
    Löbdergraben 32, D-07740 Jena
    Telefon: 03641 - 947793 (Sekretariat: - 94 77 91), Telefax: 03641 - 94 77 92, E-Mail: p5jusc@uni-jena.de

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