HRA und HV: Wie man die Härte von Wolframcarbid misst und vergleicht
Wenn ich eine Rezension schreibe Wolframcarbid Bei der Besprechung von Spezifikationen mit Kunden ist die Härte in der Regel eine der ersten Eigenschaften, die besprochen werden. Sie ist aber auch eine der Eigenschaften, die am leichtesten missverstanden werden können.
Ein Lieferant gibt die Härte eines Materials möglicherweise mit 91,5 HRA an, ein anderer mit 1.500 HV30. Ein Käufer, der diese beiden Werte vergleicht, fragt sich unter Umständen, ob sie die gleiche Härte bezeichnen, ob ein Material besser ist oder ob die Lieferanten unterschiedliche Qualitätsstandards verwenden.
In vielen Fällen können die Festigkeitsklassen sehr ähnlich sein. Der Unterschied besteht darin, dass HRA und HV aus zwei verschiedenen Eindringprüfungen stammen. HRA basiert auf der Eindringtiefe unter einem definierten Rockwell-Belastungszyklus. HV wird aus der Größe des Eindrucks berechnet, der mit einer Vickers-Diamantpyramide erzeugt wird.
Beide Methoden sind gültig. Der Fehler besteht darin, sie wie zwei Einheiten zu behandeln, die immer präzise umgerechnet werden können.
HRA und HV sind nicht auf dieselbe Weise vergleichbar wie Millimeter und Zoll. Sie messen dasselbe allgemeine Materialverhalten durch unterschiedliche Prüfverfahren.
Was bedeutet Härte in Hartmetall?
Industriell hergestelltes „Wolframcarbid“ ist in der Regel Hartmetall: harte WC-Körner, die durch Kobalt, Nickel oder ein anderes metallisches Bindemittel gebunden sind.
Die Härte wird beeinflusst durch:
● WC-Korngröße
● Bindemittelart und -anteil
● Zusätzliche Carbide oder Kornwachstumshemmer
● Porosität und Kohlenstoffbilanz
● Sinterqualität
● Oberflächenbeschaffenheit und Prüfverfahren
Feinere WC-Körner und ein geringerer Bindemittelgehalt erhöhen oft die Härte. Ein höherer Bindemittelgehalt verbessert im Allgemeinen die Zähigkeit, verringert aber meist die Härte. Dies ist ein allgemeiner Trend, keine absolute Regel, da Korngröße, Bindemittelzusammensetzung und Additive das Ergebnis beeinflussen können.
Daher sollte die Härte zusammen mit Dichte, Biegefestigkeit, Bruchzähigkeit, Koerzitivfeldstärke, magnetischer Sättigung und metallographischer Untersuchung verwendet werden.
Wie die HRA-Härte gemessen wird
Der Rockwell-A-Test ermittelt die Härte anhand der bleibenden Zunahme der Eindringtiefe nach Anwendung einer definierten Vorkraft und einer definierten Gesamtkraft.
Nach ASTM B294-22 wird Hartmetall auf der HRA-Skala geprüft.
● Ein Diamant-Eindringkörper
● Eine vorläufige Testkraft von 10 kgf
● Eine Gesamtprüfkraft von 60 kgf
● Ein empfohlener Bereich von 80 HRA und darüber
Der Prüfer wendet die Vorkraft an, stellt eine Referenzposition ein, wendet die zusätzliche Kraft an und kehrt dann zum Ausgangszustand zurück. Das Gerät wandelt die verbleibende Eindringtiefe in einen HRA-Wert um.
Vorteile der HRA
● Schnelle Messung
● Direkte Maschinenlesung
● Gut geeignet für die routinemäßige Chargeninspektion
● Wird häufig in der Produktion verwendet Hartmetallteile und Teststücke
● Eine optische Diagonalmessung ist nicht erforderlich.
Einschränkungen der HRA
● Geringfügige Tiefenfehler können den gemeldeten Wert beeinflussen.
● Oberflächenrauheit, Krümmung, Vibrationen, mangelhafte Unterstützung und Maschinenzustand können zu Fehlern führen.
● Das Ergebnis liefert eine geringere numerische Trennung zwischen sehr harten Sorten als die HV-Methode oft liefert.
● Eine einzelne Messung repräsentiert möglicherweise kein heterogenes oder fehlerhaftes Testgebiet.
ASTM B294 beschreibt die Rockwell-Härte als wichtige Methode zur Bewertung von Hartmetall, warnt aber ausdrücklich davor, dass sie nicht die einzige Methode zur Beurteilung des Materials sein sollte.
Wie die Vickers-Härte (HV) gemessen wird
Beim Vickers-Test wird eine quadratische Diamantpyramide mit einer festgelegten Prüfkraft in die vorbereitete Probe gedrückt. Nach dem Entfernen der Kraft misst der Bediener oder ein automatisiertes System die beiden Diagonalen des Eindrucks.
Die Vickers-Härtezahl wird aus der aufgebrachten Kraft geteilt durch die geneigte Oberfläche des Eindrucks berechnet. Wird die Kraft in Kilogramm-Kraft und die mittlere Diagonale in Millimetern angegeben, lautet die traditionelle Formel:
HV = 1,8544 × F ÷ d²
Die gemeldete Bezeichnung muss die Testeinheit identifizieren. Zum Beispiel:
● 1.500 HV30Vickers-Härte von 1500, gemessen bei 30 kgf
● 1.650 HV10Vickers-Härte von 1650, gemessen bei 10 kgf
● 1.800 HV1Vickers-Härte von 1800, gemessen bei 1 kgf
HV30 wird häufig in Hartmetall-Sortentabellen verwendet, da die relativ große Eindringtiefe einen breiteren Ausschnitt der Verbundmikrostruktur erfasst als ein Test mit sehr geringer Kraft.
Vorteile von Hochspannung
● Bietet eine nützliche numerische Auflösung zwischen Hartmetallsorten.
● Ermöglicht die Untersuchung bestimmter Bereiche, wenn die Prüfkraft angemessen ist.
● Erzeugt eine Eindellung, die optisch überprüft werden kann
● Kann für ein breites Spektrum an Testkräften eingesetzt werden.
Einschränkungen der Hochspannung
● Erfordert eine glatte, ordnungsgemäß vorbereitete Oberfläche und klare Einkerbungskanten.
● Diagonale Messungen führen zu Unsicherheiten bei der optischen Analyse oder der Bildanalyse.
● Die Ergebnisse können sich mit der Prüfkraft ändern, insbesondere bei niedrigen Belastungen.
● Sehr kleine Eindrücke können einzelne WC-Körner oder bindemittelreiche Bereiche erfassen, anstatt die Härte der Gesamtqualität zu messen.
HRA vs. HV: Praktischer Vergleich
| Vergleich | SPIEL | HW |
| Messprinzip | Dauerhafte Eindringtiefe | Eindruckgröße unter einer bestimmten Kraft |
| Einrücker | Diamond Rockwell Eindringkörper | Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche |
| Typische Hartmetallverwendung | Schnelle Produktion und Wareneingangskontrolle | Notenvergleich, Entwicklung und detaillierte Qualitätskontrolle |
| Ergebnisformat | Zum Beispiel 91,5 HRA | Zum Beispiel 1.500 HV30 |
| Testlastbericht | Definiert durch die HRA-Skala | Muss in der Bezeichnung enthalten sein |
| Primäres Messrisiko | Tiefenfehler, Unterstützung, Maschine und Oberflächenbeschaffenheit | Eindruckbildgebung, Diagonalmessung, Oberflächenvorbereitung und Lasteffekt |
Warum Probenvorbereitung und Testort wichtig sind
Für zuverlässige Härteprüfungen ist eine ebene, saubere, stabile und repräsentative Prüfoberfläche erforderlich. Beschädigungen durch Schleifen, übermäßige Polierhitze, Krümmung, Verunreinigungen oder unzureichende Auflage können das Ergebnis verfälschen.
Gute Testpraktiken umfassen:
● Entfernung von Beschichtungen, Oxidation, entkohlten Schichten und beschädigtem Oberflächenmaterial
● Vorbereitung einer ausreichend glatten und ebenen Testfläche
● Die Probe wird starr fixiert, sodass sie nicht kippen oder sich verbiegen kann.
● Die Vertiefungen sollten von Kanten, vorherigen Abdrücken, Poren und sichtbaren Defekten ferngehalten werden.
● Mehrere Messungen durchführen, anstatt sich auf einen einzigen Wert zu verlassen.
● Bei Bedarf Mittelwert, Spannweite und Testort angeben.
● Verwendung verifizierter Maschinen, Einrücker und Referenzblöcke
Fertige, gebogene Teile erfordern unter Umständen ein spezielles Prüfstück oder ein Korrekturverfahren. Eine Härtemessung an einer dünnen Wand, einer ungestützten Kante oder einem kleinen gebogenen Merkmal ist möglicherweise nicht mit einer Messung an einem flachen Sinterkörper vergleichbar.
Bedeutet höhere Härte immer besseres Hartmetall?
Nein. Eine höhere Härte geht in der Regel mit einer höheren Verschleißfestigkeit innerhalb einer verwandten Güteklasse einher, führt aber oft zu einer geringeren Toleranz gegenüber Stößen, Vibrationen, Biegungen oder unterbrochener Belastung.
Eine hochharte Sorte (HV) eignet sich für feinen abrasiven Verschleiß, Düsen, Schneidkanten oder leicht beanspruchte Verschleißflächen. Eine weniger harte, aber zähere Sorte ist unter Umständen sicherer für Einsätze im Bergbau, stoßbelastete Buchsen, Ventileinsätze oder dünne Bauteile.
Zwei Graduierungen mit ähnlichem HRA-Wert können sich auch aus folgenden Gründen unterschiedlich verhalten:
● Unterschiedliche WC-Korngrößen
● Unterschiedliche Bindemittelanteile oder Bindemittelchemie
● Unterschiedliche Bruchzähigkeit
● Unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit
● Unterschiedliche Porosität oder Kohlenstoffbilanz
Aus diesem Grund kombiniert Langsun CarbideHärteprüfungmit Dichte-, Metallographie-, Koerzitivfeldstärke-, magnetischer Sättigungs-, Dimensionsprüfung und anderen Prüfungen, die für die Güteklasse und den Anwendungsbereich geeignet sind.
Wie Käufer die Härte spezifizieren sollten
Eine Bestellung, die lediglich „Härte: 1.500 HV“ angibt, ist unvollständig.
Eine klare Spezifikation sollte Folgendes beinhalten:
● Härteskala: HRA oder HV
● Vickers-Prüfkraft, z. B. HV30
● Anwendbarer Prüfstandard
● Mindest-, Höchst- oder Zielbereich
● Prüfstück- oder Fertigteilstandort
● Oberflächenvorbereitungszustand
● Anzahl der Messwerte und Berichtsmethode
● Ob umgerechnete Werte zulässig sind
● Erforderliche Kalibrierungs- und Prüfdokumentation
Beim Vergleich der Datenblätter verschiedener Lieferanten ist darauf zu achten, dass beide Werte unter vergleichbaren Bedingungen gemessen wurden. Eine Bewertung darf nicht allein deshalb abgelehnt oder genehmigt werden, weil ein Lieferant HRA und ein anderer HV angibt.
Die Härte sollte auch in Verbindung mit der Sortenzusammensetzung und dem beabsichtigten Versagensverhalten bewertet werden. Siehe Langsun Carbide.Leitfaden zu Wolframcarbid-SortenWeitere Hinweise zur Notenwahl finden Sie hier.
HRA und HV liefern beide wertvolle Informationen über die Härte von Wolframcarbid, sollten aber nicht als perfekt austauschbare Werte betrachtet werden.
HRA ist schnell und praktisch für die routinemäßige Produktionskontrolle. HV bietet eine höhere Auflösung und eine sichtbare Eindellung, jedoch müssen die Prüfkraft und die Oberflächenvorbereitung genau kontrolliert werden.
Für einen zuverlässigen Vergleich:
● Vergleichen Sie die Ergebnisse, die mit derselben Skala und Testlast gemessen wurden.
● Verwenden Sie ordnungsgemäß präparierte und gestützte Proben.
● Nehmen Sie mehrere Messwerte vor, anstatt sich auf einen einzigen Einzug zu verlassen.
● Die Umrechnung von HRA in HV ist als Näherungswert zu betrachten.
● Härte zusammen mit Zähigkeit, Dichte, Mikrostruktur und Betriebsbedingungen bewerten.
Meine praktische Ansicht ist einfach: Die beste Hartmetallsorte ist nicht die mit dem höchsten Härtewert im Zertifikat. Es ist die Sorte, deren Härte hoch genug ist, um Verschleiß zu widerstehen, und die gleichzeitig genügend Zähigkeit und Stabilität aufweist, um der realen Bauteilgeometrie und Betriebsbelastung standzuhalten.
Häufig gestellte Fragen
Welche typische Härte hat Wolframcarbid?
Wolframcarbid weist üblicherweise eine Härte von etwa 80–94 HRA bzw. ca. 600–2200 HV30 auf, abhängig von Bindemittelgehalt, Korngröße, Additiven und Anwendungsgebiet. Maßgeblich ist das Datenblatt der jeweiligen Sorte.
Ist die HRA genauer als die HV?
Keine der beiden Methoden ist generell genauer. HRA eignet sich gut für die Produktionskontrolle, während HV eine höhere numerische Auflösung ermöglicht. Die Genauigkeit hängt von der Probenvorbereitung, den Geräten, der Kalibrierung, dem Verfahren und der Bedienung ab.
Lässt sich ein HRA-Wert von 91 in einen exakten HV-Wert umrechnen?
Nein. Umrechnungstabellen liefern zwar einen ungefähren Bereich, das genaue Verhältnis hängt jedoch vom Material und den Prüfbedingungen ab. Prüfen Sie das Bauteil direkt im Hochspannungsbereich, wenn ein Hochspannungs-Abnahmewert erforderlich ist.
Warum geben zwei Labore unterschiedliche Härtewerte an?
Mögliche Ursachen sind unterschiedliche Belastungen, Testorte, Oberflächenvorbereitung, Maschinenkalibrierung, Eindringkörper, Probenhalterung, Temperatur, Messmethode oder tatsächliche Materialabweichungen.
Führt ein höherer HRA-Wert zu einer längeren Lebensdauer?
Nein. Die Lebensdauer hängt auch von der Härte, der Korrosion, dem Partikelaufprall, der Temperatur, der Schmierung, der Geometrie, der Oberflächenbeschaffenheit und dem spezifischen Verschleißmechanismus ab.
Referenzen
1. ASTM B294-22, Standardprüfverfahren zur Härteprüfung von HartmetallenDie
2. ISO 3738-1:1982, Hartmetalle – Rockwell-Härteprüfung (Skala A) – Teil 1: PrüfverfahrenDie
3. ISO 6507-1:2023, Metallische Werkstoffe – Vickers-Härteprüfung – Teil 1: PrüfverfahrenDie
4. ASTM E92-23, Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Vickers- und Knoop-Härte metallischer WerkstoffeDie
5. ASTM E384-22, Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Mikrohärte von WerkstoffenDie
6. Hyperion Materials & Technologies, „Eigenschaften der Einlegerohlinge“.
Author | Allen
Allen ist Internationaler Marketingdirektor bei NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Mit über 5 Jahren Erfahrung im Bereich industrieller Verschleißteile und Wolframcarbid-Anwendungen unterstützt er OEMs, Gerätehersteller und Einkaufsteams bei der Auswahl von Hartmetallsorten auf der Grundlage von Arbeitsbedingungen, Materialleistung, Herstellbarkeit und Qualitätskontrollanforderungen.
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