Bei der Konstruktion von Metallteilen ist es wichtig, deren Härte anzugeben. Viele Ingenieure haben jedoch nur ein wackeliges Verständnis davon, was Härte tatsächlich ist oder wie sie gemessen wird. Dafür gibt es gute Gründe. Wie wir sehen werden, ist Härte ein etwas wackeliges Konzept, und es gibt so viele verschiedene Härteprüfmethoden, dass es leicht zu verwechseln ist. Der Zweck dieses Artikels ist es, diese Verwirrung zu beseitigen.
Lassen Sie uns zuerst darüber sprechen, was Härte nicht ist. Härte hat nichts mit Steifigkeit zu tun. Ein Stahlteil kann eine hohe oder niedrige Härte haben, hat aber immer die gleiche Steifigkeit. Ein Titanteil kann die gleiche Härte wie ein Stahlteil haben, aber es wird immer etwa die Hälfte der Steifigkeit von Stahl haben. Härte an sich hat auch nichts damit zu tun, ob ein Material spröde oder duktil ist. Von zwei Materialien mit der gleichen Härte kann einer spröde und der andere duktil sein.
Was ist Härte? Um eine etwas kreisförmige und nicht sehr hilfreiche Definition zu geben, ist es ein Maß dafür, wie ein Material in einem Härtetest abschneidet. Das bringt uns zum Thema Härteprüfung.Einer der in den USA am häufigsten verwendeten Härtetests wurde 1914 von Hugh Rockwell und Stanley Rockwell entwickelt. Obwohl sie keine Brüder oder Verwandten waren, machte es der gleiche Nachname viel einfacher, einen Namen für den Test zu finden. Beim Rockwell-Test wird ein Eindringkörper mit einer bestimmten Kraft in eine metallische Oberfläche gedrückt. Die Härte ist umgekehrt proportional zur Eindringtiefe.
Es gibt viele Rockwell-Härteskalen, abhängig von der Art des Eindringkörpers und der verwendeten Last. Zum Beispiel verwendet die Rockwell C-Skala einen kegelförmigen, diamantbestückten Eindringkörper mit einer Last von 150 kg. Die Rockwell B skala verwendet eine 1/16-zoll durchmesser ball eindringkörper mit einem 100-kg last. Die Rockwell-C-Skala wird normalerweise HRC (Hardness Rockwell C) abgekürzt, während die Rockwell-B-Skala HRB (Hardness Rockwell B) abgekürzt wird. Je höher die Zahl, desto härter das Material, aber nur relativ zu anderen Zahlen innerhalb einer bestimmten Skala. Zum Beispiel könnte ein extrem harter Stahl eine Härte von 64 HRC haben, während ein ziemlich weicher Stahl eine Härte von 70 HRB haben könnte.
Welche Skala ist am besten zu verwenden? Es hängt davon ab, was Sie messen. Die Rockwell C-Skala eignet sich gut zum Messen von gehärtetem Stahl. Rockwell B ist besser für weicheren Stahl oder relativ hartes Aluminium. Für weicheres Aluminium müssen Sie möglicherweise die Rockwell E-Skala (Kugel mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll und einer Last von 100 kg) oder die Rockwell F-Skala (Kugel mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll und einer Last von 60 kg) verwenden. Im Allgemeinen ist eine Skala für weiche Materialien umso besser, je größer der Eindringkörper oder je kleiner die Last ist.
Die Dicke des Materials spielt ebenfalls eine Rolle. Wenn Sie versuchen, die Härte eines dünnen Materialstreifens zu messen, möchten Sie keine Last verwenden, die den Eindringkörper vollständig durch das Material und auf die andere Seite drückt. Aus diesem Grund gibt es eine Reihe oberflächlicher Rockwell-Waagen, die viel geringere Lasten verwenden. Zum Beispiel verwendet die Rockwell 15N Skala eine 15-kg-Last mit einem konischen diamantbestückten Eindringkörper.