Was ist Materialhärte? So vergleichen Sie verschiedene technische Materialien

Der Produktentwicklungsprozess umfasst mehrere kleinere Prozesse, und die Materialauswahl ist der wichtigste unter ihnen.

Jedes Material hat unterschiedliche mechanische Eigenschaften und Fähigkeiten. Und um die richtige Materialwahl zu treffen, müssen Sie die Art der Belastungsbedingungen bestimmen, denen Ihr Teil ausgesetzt sein wird. Wenn Sie beispielsweise ein Teil (oder eine Baugruppe) entwerfen möchten, das mit anderen Komponenten in Kontakt kommt oder einer Stoßbelastung ausgesetzt ist, sollten Sie ein Material mit ausreichender Materialhärte wählen.

Aber was genau ist Materialhärte und wie misst man sie? Dieser Artikel beantwortet diese Fragen und mehr.

Was ist Materialhärte?

Materialhärte ist die Fähigkeit eines Materials, einer lokalisierten plastischen Verformung aufgrund konzentriert aufgebrachter Lasten zu widerstehen.

Betrachten Sie es so. Wenn wir sagen, dass ein Material einen hohen Härtegrad hat, bedeutet dies einfach, dass das Material seine Form trotz äußerer Kräfte wie Kratzer, Eindrücke und Abrieb beibehalten kann. Materialien wie Titan und Diamant hätten also einen höheren Härtegrad als Kunststoff.

Wenn Sie Diamant und Kunststoff vergleichen, wissen Sie wahrscheinlich intuitiv, welches Material die größere Härte hat. Aber wenn Sie zwischen eng verwandten Metallen (oder Legierungen) wählen möchten, ist es fast immer unmöglich, eine richtige Vermutung zu treffen, es sei denn, Sie führen einen Härtetest an ihnen durch.

Es gibt mehrere Methoden zum Testen der Materialhärte. Aber bevor wir diese Methoden besprechen, ist es wichtig, dass Sie zuerst die Arten der Materialhärte verstehen.

Arten der Materialhärte

Hier sind die drei Arten der Materialhärte:

1. Eindruckhärte
2. Kratzhärte
3. Rückprallhärte

Eindruckhärte bezeichnet den Widerstand eines Werkstoffs gegen bleibende Verformung bei Dauerbelastung. Im Gegensatz dazu Kratzhärte beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Kratzern auf seiner Oberfläche durch Kontakt mit einem anderen Metall zu widerstehen. Schließlich Rückprallhärte hängt mit der Elastizität des Materials zusammen; es beschreibt die Fähigkeit eines Materials, die Aufprallenergie zu absorbieren.

Sobald Sie die Art der Belastungs- (oder Umgebungs-)bedingungen kennen, denen Ihr Teil ausgesetzt sein wird, können Sie eine der folgenden Härtetestmethoden in Betracht ziehen, um Ihre Materialoptionen zu vergleichen. Wenn Sie über die erforderliche Ausrüstung verfügen, können Sie diese Tests absolvieren. Oder Sie können sich auf Informationen von Ihren Lieferanten und Online-Ressourcen wie Matweb verlassen, die die Eigenschaften verschiedener Materialien auflisten.

So testen Sie die Härte von Materialien:4 Testmethoden

Methode Nr. 1 Der Brinell-Test

Ein Brinell-Härteprüfgerät von Wikimedia Commons.

Der Brinell-Test misst die Eindruckhärte eines Materials . Bei diesem Testverfahren wird ein Eindringkörper (normalerweise eine gehärtete Stahlkugel) verwendet, um einen Eindruck auf einem Teststück zu erzeugen. Bei dieser Testmethode halten Sie den Eindringkörper an Ort und Stelle, bevor Sie für einen bestimmten Zeitraum eine vordefinierte Kraft auf die Kugel (und die Oberfläche des Materials) ausüben.

Weisen Sie dem Material als Nächstes eine Brinell-Härtezahl zu, die von der Größe der darauf gebildeten Vertiefung abhängt. Sie können den Eindruck mit einem Mikroskop messen und die Brinell-Härtezahl berechnen mit:

Wo:
HB =Brinellhärte (kg/mm2)
P =Kraft (gemessen in Newton)
D =Durchmesser des Eindringkörpers (gemessen in Millimetern)
d =Vertiefungsdurchmesser (gemessen in Millimetern)

Beachten Sie jedoch, dass die vordefinierte Kraft, die Sie auf den Eindringkörper anwenden, von dem Material abhängt, das Sie testen möchten. Beispielsweise verwenden Qualitätskontrollexperten normalerweise eine Standardlast von 3000 kg (oder 30.000 N) für Hartmetalle wie Eisen und Stahl. Im Gegensatz dazu sollten Sie bei weicheren Materialien wie Kupfer und Messing eine Last von 500 kg (oder 5000 N) aufbringen.

Methode Nr. 2 Rockwell-Härtetest

Bediener, der einen Rockwell-Härtetest durchführt

Wie die Brinell-Härteprüfung wird auch die Rockwell-Härteprüfung für die Eindruckhärte verwendet Messung und umfasst typischerweise die Verwendung eines Eindringkörpers (normalerweise eine Stahlkugel oder ein sphärischer Kegel mit Diamantspitze).

Beim Brinell-Härtetest halten Sie den Eindringkörper jedoch an Ort und Stelle, indem Sie eine geringe Last (normalerweise 10 kg oder 100 N) aufbringen, bevor Sie die größere Testlast aufbringen. Messen Sie dann nach dem Entfernen der Hauptlast die Eindringtiefe, während die Nebenlast noch anliegt.

Die Härtezahl kann dann anhand verschiedener Rockwell-Härteskalen (A, B, C usw.) abgelesen werden. Die ideale Skala hängt von der Art des verwendeten Eindringkörpers und der auf das Material aufgebrachten Prüflast ab. Angenommen, Sie möchten die Härte von Stahllegierungen messen; Sie müssten einen Diamantkegel-Eindringkörper mit bis zu 140 kg Hauptlast verwenden. In einem solchen Szenario lesen Sie die Härtezahl auf der „C“-Skala ab.

Für weichere Metalle wie Kupferlegierungen verwenden Qualitätskontrollexperten eine Diamantstahlkugel (mit bis zu 100 kg Hauptlast) und lesen die Härtezahl auf der „B“-Skala ab.

Methode Nr. 3 Mohs-Härtetest

Der Härtetest nach Mohs eignet sich hervorragend zur Messung der Kratzfestigkeit eines Materials. Bei diesem Prüfverfahren kratzen Sie mit einem Referenzmaterial mit vordefinierter Härte an der zu prüfenden Materialoberfläche. Der Härtewert wird anhand der Mohs-Skala ausgedrückt, die sich aus 10 Mineralien zusammensetzt, denen willkürliche Härtewerte zugeordnet wurden.

Sehen Sie sich die vollständige Tabelle der Mohs-Härte in Alans Factory Outlet

an

Alan’s Factory Outlet hat eine Mohs-Härtetabelle (Screenshot oben), auf der Sie Beispiele für die Kratzfestigkeit verschiedener Metalle sehen können.

Methode #4 Shore Skleroskop-Härtetest

Das Shore-Skleroskop ist ein Gerät zur Messung der Rückprallhärte eines Materials . Das Gerät verfügt über ein graduiertes Glasrohr, das auf einem Ständer montiert ist. Um die Rückprallhärte Ihres Materials zu bestimmen, lassen Sie einen Hammer mit Diamantspitze durch das Glasrohr auf das Material fallen.

Schematische Darstellung des auf einem Stativ montierten Shore-Skleroskops. Von Wikimedia Commons.

Der Härtewert ist proportional zur Höhe, auf die der Hammer nach dem Auftreffen auf das Prüfstück zurückprallt. Beispielsweise bewirkt ein Material mit größerer Härte eine größere Rückprallhöhe als ein Material mit geringerem Härtegrad.

Materialhärteprüfung und Produktentwicklung:Gensun Precision Machining Services

Ohne Zweifel ist es wichtig, die Härte verschiedener Materialien zu kennen, um das ideale Material für Ihr Produktdesign zu bestimmen. Aber selbst nachdem Sie ein geeignetes Material für Ihr Produkt ausgewählt haben, müssen Sie noch eine geeignete Maschinenwerkstatt und einen Maschinisten finden, der in der Lage ist, Ihre Teile genau und präzise herzustellen.

Gensun Precision Machining ist ein führender Anbieter von Bearbeitungsdienstleistungen in ganz Asien. Wir haben nicht nur ein Team von Qualitätskontrollexperten, die in der Lage sind, die Materialhärte zu testen, sondern auch ein Team von hochqualifizierten Ingenieuren und Maschinisten. Unser Expertenteam arbeitet zusammen, um Ihr Produkt mithilfe modernster Bearbeitungstechnologien genau und präzise herzustellen.

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