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H rtepr fung nach Brinell / Vickers / Rockwell - …

Peter Kubik, Matrikelnummer 00000001/19 Hamburger Fern Hochschule / Studienzentrum KaiserslauternFachbereich Technik: Wirtschaftsingenieurwesen ( )Werkstofftechnik Labor an der Fachhochschule Kaiserslautern (Morlauter Str. 31, 67657 Kaiserslautern, Stadort I, Geb ude I)H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellSemester:1 Gruppe:1 Gruppenteilnehmer: , ,Peter Kubik, Datum:10. April 2010 Protokollf hrer:Peter KubikMatrikel Nr.:0000000 Werkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000002 der H der H rtepr rtepr rtepr fung nach der Brinellh des der von H rtepr fung nach der Vickersh der Pr der rtepr fung nach der Rockwellh der fdurchf der Datei wurde unter der GNU Lizenz f r freie Dokumentation ver ffentlichtWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000003 der H rte H rte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringungeines h rteren K rpers entgegensetzt.

Peter Kubik, Matrikelnummer 0000000 3/19 1.0 Definition der Härte “Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung

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1 Peter Kubik, Matrikelnummer 00000001/19 Hamburger Fern Hochschule / Studienzentrum KaiserslauternFachbereich Technik: Wirtschaftsingenieurwesen ( )Werkstofftechnik Labor an der Fachhochschule Kaiserslautern (Morlauter Str. 31, 67657 Kaiserslautern, Stadort I, Geb ude I)H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellSemester:1 Gruppe:1 Gruppenteilnehmer: , ,Peter Kubik, Datum:10. April 2010 Protokollf hrer:Peter KubikMatrikel Nr.:0000000 Werkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000002 der H der H rtepr rtepr rtepr fung nach der Brinellh des der von H rtepr fung nach der Vickersh der Pr der rtepr fung nach der Rockwellh der fdurchf der Datei wurde unter der GNU Lizenz f r freie Dokumentation ver ffentlichtWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000003 der H rte H rte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringungeines h rteren K rpers entgegensetzt.

2 (Adolf Martens) der H rtepr fungDas Merkmal hart wird in der Technik zur Beschreibung unterschiedlicherWerkstoffeigenschaften benutzt. Allgemein wird der Werkstoffwiderstand gegen dasEindringen eines Fremdk rpers in den oberfl chennahen Werkstoffbereich als H rtebezeichnet. Die H rte selbst wird nicht direkt gemessen, sondern aus prim renMessgr en wie Eindruckdurchmesser, Eindringtiefe und Pr Bauteile wie Achsen, Zahnr der, Wellen oder Schienen unterliegen einer gro enVerschlei beanspruchung. Bei diesen Bauteilen stellt die H rte dieVerschlei best ndigkeit dar. Auch lassen sich aus der H rte weitere mechanischeKenngr en wie die Zugfestigkeit oder die Streckgrenze relativ genau rtepr fverfahrenGrunds tzlich gibt es drei H rtepr fverfahren: quasistatisch, dynamisch undRitzverfahren.

3 H rtepr fverfahrenAbb. : Schematisch Darstellung der H rtepr fverfahrenDie zu H rtepr fung notwendigen Maschinen sind entweder f r ein speziellesH rtepr fverfahren konstruiert oder durch die M glichkeit den Pr fkopf zu wechseln f rmehrere Pr fverfahren ausgelegt. Dabei handelt es sich um sogenannteUniversalpr der Praxis haben nur die Verfahren mit Quasistatischerbelastung Bedeutung. DieH rtepr fung ist relativ schnell, kosteng nstig und praktisch zerst rungsfrei vor Ortdurchf hrbar. Aufgrund der geringen Besch digung der Werkst cke eignet sich diesesVerfahren sogar f r 100% Pr fungen an Sicherheitsteilen in der industriellen Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellQUASISTATISCHDYNAMISCHRITZVERFAH REN Brinell Vickers Rockwell Plastische Verformung Kugelschlagh rtepr fung Elastische Verformung R cksprungh rtepr fung Mohns MartensPeter Kubik, Matrikelnummer 00000004 rtepr fung nach BrinellBei der H rtepr fung nach Brinell (DIN EN ISO 6506 1) wird eine Hartmetallkugel ausWolframkarbid mit genormten Durchmesser von 10, 5, 2,5 oder 1mm Kugel wird mit einer genormnten Pr fkraft senkrecht und sto frei, in nicht weniger alszwei oder mehr als acht Sekunden, auf das Werkst ck aufgebracht (Abb.)

4 : t0 t1) undf r die Dauer von 10 bis 15 Sekunden (Normzeit) bei weichen Werkstoffen vonmindestens 30 Sekunden in das Messobjekt eingedr ckt (Abb. : t1 t2). Dadurchbildet sich im Werkst ck eine Kugelkalotte aus. Der Durchmesser und die Pr fkraft istabh ngig vom zu pr fenden Werkstoff. Die Einwirkzeiten k nnen aber auch gesondertgew hlt werden. Dies muss dann in der H rtebezeichnung beschrieben end wird die Probe entlastet (Abb. : t2 tE).Abb. : Pr fkraft Zeit VerlaufdiagrammDa aus messtechnischen Gr nden der Pr feindruck nicht zutief und flach sein sollte, ist die Pr fkraft so zu w hlen, dassder Eindruckdurchmesser des Kugeldurchmessersentspricht. Um Textureinfl sse zu eliminieren, wird deraithmetische Mittelwert aus zwei senkrecht zueinanderstehenden Durchmesser (d1 und d2) H rtepr fung nach Brinell ist f r Werkstoffe von bis zu450 HB (mittlere H rte) : Prinzip des Brinell Verfahrens mitEindruckk rper und Pr feindruckWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000005 der Brinellh rteDie Brinellh rteHBist definiert als Pr fkraftF(in N), bezogen auf die Eindruckfl cheAK(in mm ) des kalottenf rmigen FAKDie Konstante wurde bei der Umstellung von Kilopond (kp) auf das SI System (vonfrz.

5 Syst me international d unit s / Internationales Einheitensystem) eingef hrt und wirdverwendet, um die neuen Werte (mit Newton als Krafteinheit berechnet) besser mit den lteren H rtewerte (mit Kilopond als Krafteinheit berechnet) vergleichen zu k ,80665kg ms2 1N=1kg ms2 1kp=9,80665N 0,102kp 1 NDie Kalottenfl ckeAKwird berechnet aus dem KugeldurchmesserD, derEindrucktiefehund der Kreiszahl . Eingesetzt in die Brinellh rteformel ergibt sichHB= FD h Nun muss noch die Eindrucktiefehbestimmt werden. Diese l sst sich mit dem Satzdes Pythagoras herleiten. In den Kugeldurchmesser, der den Eindruckkreis erzeugt, wirdein rechtwinkliges Dreieck : Berechnung der Brinell EindrucktiefeDer Satz des Pythagoras besagt, dasc =a b ist. Ersetzen wira,bundcdurchd2,D2 hundD2erhalten wir D2 2= d2 2 D2 h 2. Jetzt noch nachhumstellenWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000006/19 D2 2= d2 2 D2 h 2 d2 2 D2 2 d2 2= D2 h 2 2aufl sen D24 d24=D2 h D2 D24 d24 D2= h 1 D24 d24 D2=h sortierenh=D2 D24 d24 h=D2 D2 d2 4 h=D D2 d22 Eingesetzt in die Brinellh rteformel ergibt sichHB= FD D D2 d22 HB= 2 FD D D2 d2 Pr fwerkstoff wird in einem Bereich neben und unterhalb des Kugelabdruckesplastisch verformt und kaltverfestigt.

6 Dadurch ndern sich die H rteeigenschaften und esm ssen einige Messvereinbarungen getroffen werden, um vergleichbare Messwerte : VerformungsfehlerWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellPeter Kubik, Matrikelnummer 00000007/19 H rtepr fung bei Raumtemperatur durchf hren (23 C 5K) Kugeldurchmesser so gro wie m glich w hlen, um einen m glichst gro en f r dieProbe representativen Bereich zu erfassen Kugeldurchmesser ist nach DIN EN 10003 1 genormt (10, 5, 2,5 und 1mm) Eindruckdurchmesser betr gt des Kugeldurchmesser Probenmindestdicke betr gt etwa das Acht bis Zehnfache der Eindrucktiefe, um denEinfluss der Pr fk rperunterlasge auszuschlie en. Die f r die Praxis ausreichende Vergleichbarkeit der Pr fergebnisse ist dann bedingtgegeben, wenn der Pr fkugeldurchmesser, der zu pr fende Werkstoff, die Pr fkraftund die Einwirkdauer der Pr fkraft bereinstimmen.

7 Aufgrund des relativ gro enPr fabdruckes ist diese Art der H rtepr fung besonders f r inhomogene Werkstoffegeeignet ( Grauguss, Gusseisen und Holz). Mindesabstand der Pr feindr cke zueinanderWerkstoffh rte 150HB: 4 EindruckdurchmesserWerkstoffh rte < 150HB: 6 Eindruckdurchmesser Mindesabstand der Pr feindr cke zum Rand des WerkstoffesWerkstoffh rte 150HB: 2,5 EindruckdurchmesserWerkstoffh rte < 150HB: 3 des BeanspruchungsgradUm vergleichbare Werte zu erhalten, muss der Quotient zwischen Pr fkraft undKugeldurchmesserquadrat konstant gehalten werden. Dieses Verh ltnis wirBeanspruchungsgrad FD2 Abb. : Beanspruchungsgrad Tabelle (Teil 1 von 2)Werkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / RockwellKugeldurchmesser D [in mm]Beanspruch=WerkstoffeBrinellh rte=1052,51ungsgradgrenzen [HB]Pr fkraft F [in N]30,0 , , ,0294,2 Nickellegierung Titanlegierungen Gusseisen>= 140 Kupfer>= 200 KupferlegierungenPeter Kubik, Matrikelnummer 00000008/19 Abb.

8 : Beanspruchungsgrad Tabelle (Teil 2 von 2) der MessergebnisseDie Darstellung der Messergebnisse der Brinellh rtemessung wird wie an nachstehendenBeispielen : Darstellung Brinellh rte mit Belastungszeit > 15 SekundenWerkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / Rockwell120 HBW5/250/30 Belastungsdauer in SekundenPr fkraft in kp (kp:0,102 = N)Kugeldurchmesser in mmH rtewertKugelwerkstoff: WolframkarbitH rteverfahren: H rte BrinellKugeldurchmesser D [in mm]Beanspruch=WerkstoffeBrinellh rte=1052,51ungsgradgrenzen [HB]Pr fkraft F [in N]10,0 Gusseisen>= , ,0612,998,1 Kupferlegierungen Leichtmetalle35 .. 80 Leichtmetalllegierungen> 805,0 Kupfer< , ,0306,549,0 Kupferlegierungen Leichtmetalllegierungen2,5 ,0612,9153,524,5 Leichtmetalllegierungen1,0 Blei und Zinn980,7245,262,39,8 Peter Kubik, Matrikelnummer 00000009/19 Abb. : Darstellung Brinellh rte mit Normbelastungszeit ( Sekunden) von H rtewertenDie Brinellh rte kann zur Darstellung der FestigkeitRmherangezogen werden.

9 Es seijedoch darauf hingewiesen, dass die nachstehenden Faktoren zur Umrechnung aufDurchschnittswerte beruhen, die aus einer Vielzahl von Messungen herausgegangen istund den Zugversuch nicht ersetzen! Bei solch ermittelten Werten ist dies stets HB 3,5 RmAlCuMg HB 3,7 Eine Umrechnung der Brinellh rte in die Vickersh rte (HV) und umgekehrt ist auchm glich, sind aber auch nur N herungswerte. Siehe dazu auch die DIN EN ISO 18265 HB0,95HB HV 0,95 Werkstofftechnik Labor, Gruppe 1H rtepr fung nach Brinell / Vickers / Rockwell120 HBW5/250 Belastungsdauer: Sekunden (Norm)Pr fkraft in kp (kp:0,102 = N)Kugeldurchmesser in mmH rtewertKugelwerkstoff: WolframkarbitH rteverfahren: H rte BrinellPeter Kubik, Matrikelnummer 000000010 rtepr fung nach VickersDie H rtepr fung nach Vickers (DIN EN ISO 6507 1) wird mit einer regelm igen,vierseitigen Diamantpyramide durchgef hrt.

10 Diese hat einen Fl chen ffnungswinkel von136 . Dieser Winkel wurde gew hlt, weil der Tangentenkegel eines im optimalenArbeitsbereich liegenden Brinelleindruckes mit d=0,375 D gerade den gleichen Winkeleinschlie t. Auf diese Weise erh lt man Vickers und Brinellh rten, deren Ma zahlen biszu einem Betrag von etwa 350 Vickersverfahren liefert die genauesten Meessergebnisse und hat von allenH rtepr fverfahren den breitesten Anwendungsbereich. So ist es m glich die h rtestenWerkstoffe ( CBN, Sinterhartmetalle), d nne Randschichten und neue Werkstoffe aufihre H rte hin zu pr Wahl der Pr fkraft ist abh ngig von der Pr faufgabe. Gemessen wird im Makro ,Kleinlast und Mikrobereich. Da bei Belastungen von > 50N die Pr feindr cke geometrisch hnlich ausfallen ist f r Werkstoffe deren d nne Randschicht ( aufgesputterteSchichten), einzelne Gef gebestandteile oder K rner heterogener Werkstoffe gemessenwerden soll die Kleinlast und Mikroh rtepr fung mit Belastungen < 50N vorgesehen.