Härteprüfung Vickers: Animation Funktionsprinzip

Die Vickers Härteprüfung wurde 1924 von Smith und Sandland bei Vickers Ltd. als Alternative zur Brinell Härteprüfung entwickelt, um die Härte von sehr harten Werkstoffen zu messen. Die Vickers Härteprüfung ist oft einfacher anzuwenden als andere Härteprüfverfahren, da die erforderliche Berechnung des Härtewertes unabhängig von der Größe des Eindringkörpers ist und unabhängig von der Härte des Werkstoffes angewendet werden kann.

Wie bei allen gängigen Härteprüfverfahren beruht das Grundprinzip auf dem Widerstand, den der Werkstoff einem härteren Eindringkörper entgegensetzt, bzw. auf der bleibenden Verformung, die dadurch hervorgerufen wird. Die Vickers-Prüfung ist für alle Metalle anwendbar und hat von allen Härteprüfverfahren den größten Anwendungsbereich (vom extrem weichen Blei bis zu extrem harten Stählen oder sogar Keramiken). Die Einheit der durch diese Prüfung ermittelten Härte wird als Vickershärte bezeichnet. Das Kurzzeichen HV steht für Härte Vickers gefolgt von  der Prüfkraft in kgf, z. B. HV10.

Der Härtegrad ist keine Werkstoffkenngröße, sondern ein empirischer Wert, der im Zusammenhang mit dem gewählten Härteprüfverfahren und dem verwendeten Messbereich bzw. der Prüfkraft zu sehen ist. Bei der Härteprüfung muss der Abstand zwischen den jeweiligen Vickers-Eindrücken größer als das 2,5-fache der Eindruck-Diagonalen sein, um eine Beeinflussung der Härteprüfung durch auftretende Materialverdichtungen / Kaltverfestigungen durch nebeneinander liegende Eindrücke zu vermeiden.

Insbesondere für die Härteprüfung an dünnen Schichten oder Folien, in Randbereichen eines Werkstückes und bei der Oberflächenhärtung ist die Vickershärteprüfung das einzig zuverlässige Verfahren. Wegen der relativ kleinen Eindrücke und der sehr guten Positionierbarkeit der Eindrücke eignet sich dieses Verfahren hervorragend zur Bestimmung der Einhärtetiefe CHD (EHT - Einhärtetiefe), SD (RHT - Randschichthärtetiefe) und NHT (Nitrierhärtetiefe). Außerdem wird hier (wegen der geringen Größe der Eindrücke) von einem zerstörungsfreien Prüfverfahren gesprochen. Wenn ein Vickers-Eindruck für eine dünne Schicht zu breit ist (Prüfung von der Seite einer präparierten Probe), kann alternativ ein Knoop-Eindringkörper verwendet werden. Der Knoop-Eindringkörper bzw. der mit ihm erzeugte Prüfeindruck ist im Prinzip ein in die Länge gezogener Vickers-Eindruck (Raute oder Rhombus). Die Berechnung der Härte erfolgt analog zu Vickers.

Versuchsdurchführung Vickers Härteprüfung
Nach dem Aufbringen der Prüflast hinterlässt die Vickerspyramide z. B. in einsatzgehärtetem Stahl einen quadratischen Eindruck. Bei der Entwicklung des Verfahrens wurde festgelegt, dass die Form des Eindringkörpers so zu gestalten ist, dass die erzeugten Eindrücke unabhängig von der Größe der Prüflast vergleichbare geometrische Formen aufweisen. Der Eindruck sollte genau definierte Punkte aufweisen, die leicht gemessen werden können. Außerdem sollte der Eindringkörper einen hohen Widerstand gegen Eigenverformung aufweisen. Ein (synthetischer) Diamant in Form einer quadratischen Pyramide erfüllte diese Anforderungen am besten. Aus der Erfahrung mit der Brinell-Prüfung war bekannt, dass die ideale Größe eines Brinell-Kugeleindrucks bei 3/8 des Kugeldurchmessers (Eindrucktiefe) liegt. Da sich die Enden der zweiten Tangenten zu einem Kreis bei einer Sehne von 3d/8 in einem Winkel von 136° treffen, wurde beschlossen, diesen Winkel als geometrische Form der Pyramide festzulegen. Weitere Versuche haben gezeigt, dass die Ergebnisse der Härteprüfung bei homogenem Material unabhängig von der Höhe der aufgebrachten Prüflast konstant sind.

Die Vickershärte ergibt sich aus dem Verhältnis F / A. Dabei ist F die auf den Diamanten aufgebrachte Prüflast (Kraft) in kg und A die Fläche des erzeugten Eindrucks in Quadratmillimeter. Da zur Zeit der Entwicklung dieses Härteprüfverfahrens die Prüfkraft noch in kp angegeben wurde, ist in die heute gültige metrologische Berechnung der Vickershärte der Faktor 0,102 (Kehrwert von 9,81 = Faktor zur Umrechnung von Newton in kgf) eingegangen.