Edelstahl Härte

Edelstahl Härte – so lässt sie sich angeben

Beim Arbeiten mit Edelstahl-Bauteilen kann es wichtig sein, die Härte des Materials zu kennen. Anhand des Härtegrads lassen sich dann die Verwendungsmöglichkeiten bestimmen. Doch ist wirklich nur die Härte entscheidend?

 

Gängige Methoden, um die Härte von Edelstahl zu ermitteln

Im Laufe der Geschichte haben sich drei Verfahren zur Bestimmung der Härte von Materialien etabliert. Die Härteprüfung von Edelstahl kann nach den Verfahren von Brinell, Vickers oder Rockwell durchgeführt werden. Alle Methoden werden heute nach global anerkannten Standards, u.a. nach ISO-Norm durchgeführt. Entsprechend lässt sich die Härte von Edelstahl auf der Basis spezifischer Einheiten angeben.

 

Die Brinell-Härte

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte ein schwedischer Ingenieur namens Johan August Brinell eine Methode, um die Härte von Metallen zu bestimmen. Dieses Verfahren präsentierte er erstmals auf der Weltausstellung in Paris.

Um die Härte von Materialien zu bestimmen, wird eine Kugel aus Hartmetall mit einer spezifischen Prüfkraft F in die Oberfläche des Materials gedrückt. Früher handelte es sich dabei um Stahlkugeln, heute muss es sich laut Norm um Sinterhartmetall handeln.

Bei Stahllegierungen muss die Kugel bis zu 180 Sekunden auf das Werkstück drücken. Anschließend wird der Eindruck im Material gemessen. Aus dem Verhältnis von Prüfkraft und Eindruckoberfläche ergibt sich dann die sogenannte „Brinellhärte“. Die Einheit lautet HBW.

Nach der EN ISO 6506-1 muss nicht nur der Härtewert, sondern auch das angewandte Prüfverfahren sowie der Kugeldurchmesser und die Prüfkraft angegeben werden.

Die Brinellhärte eines Stoffs kann dann so aussehen: 345 HBW 10/3000

345 entspricht dem Härtegrad, die 10 dem Durchmesser der Kugel in Millimeter und 3000 der Belastung in Kilopond.

Aus der Brinellhärte lässt sich bei niedriglegierten Stählen auch deren Zugfestigkeit (Rm) ableiten. Die Formel dazu lautet: Rm ≈ 3,5 × HBW


 

Die Vickers-Härte

Die Wissenschaftler Smith und Sandland haben in den 1920er-Jahren für den Flugzeugbauer Vickers eine Härteprüfung für harte und gleichmäßig aufgebaute Werkstoffe entwickelt, die dem Brinell-Verfahren ähnlich ist.

Heute findet sich das Verfahren zur Bestimmung der Vickers-Härte in der DIN EN ISO 6507 wieder.

Bei diesem Verfahren wird keine Kugel, sondern eine gleichseitige Pyramide aus Diamant mit einem Öffnungswinkel von 136 Grad in das Material gedrückt. Dafür wird zuvor eine spezifische Prüfkraft festgelegt.

Aus der Berechnung der Eindrucksoberfläche und dem Verhältnis zur Prüfkraft ergibt sich dann die Vickershärte. Sie hat die Einheit HV.

Zusätzlich zum Härtewert muss immer auch die Prüfkraft sowie das Verfahren angegeben werden. Die Vickershärte eines Stahlwerkstücks könnte dann so lauten: 610 HV 10. In diesem Fall wäre das Verfahren HV und die Prüfkraft 10 Kilopond.

Aus der Vickershärte lassen sich auch Festigkeitsklassen ableiten. Dafür wird der Härtewert durch 10 geteilt. Gängige Festigkeitsklassen sind z.B. 14H oder 22H. Letztgenannte Angabe findet sich bei Gewindestiften aus Stahl.


 

Rockwell-Härte

Der US-amerikanische Ingenieur Stanley Rockwell hat ebenfalls in den 1920er-Jahren verschiedene Verfahren entwickelt, um die Härte von Werkstoffen zu bestimmen. Er hat die Prüfverfahren zusätzlich auf bestimmte Einsatzbereiche ausgerichtet.

Die Einheit für die Rockwell-Härte beginnt immer mit HR und wird durch weitere Kürzel ergänzt.

Wie auch beim Vickers- oder Brinell-Verfahren wird auch bei Rockwell ein Prüfkörper in den Werkstoff gedrückt. Zusätzlich zur Prüfkraft wird auch die Vorkraft berücksichtigt. Die Rockwell-Härte ergibt sich dann aus der Differenz der Eindringtiefen des Prüfkörpers in das Werkstück bei Vorkraft und Hauptlast. Die Rockwelleinheiten werden anhand der Eindringtiefe ermittelt.

Das Rockwell-Verfahren wird vor allem für flächige Werkstoffe oder Stähle eingesetzt. Die Festigkeit von Rohren lässt sich damit weniger prüfen.

Hobbyköche oder Profiköche kennen die Rockwellhärte als HRC (C-Skala) beim Kauf von Messern. So haben sehr scharfe japanische Küchenmesser eine Härte von bis zu 65 HRC. Ab einer Rockwellhärte von 70 HRC ist es in der Regel nicht mehr möglich, das Werkstück zu zerspanen. Es kann nur noch geschliffen werden.

 

Warum die Härte bei Edelstahl nicht immer relevant ist

Die Härte von Edelstahl ist ein möglicher Ansatzpunkt, um die Robustheit des Materials zu bestimmen. Allerdings ist das immer nur ein Richtwert. Denn bei der Verarbeitung von Edelstahl spielen noch viele weitere Faktoren eine wichtige Rolle.

So ist es wichtig zu wissen, ab welcher Krafteinwirkung das Material bricht. Ebenso ist es für Stahlkonstruktionen unerlässlich den Punkt zu kennen, ab welchem der Werkstoff reißt, weil ein zu hoher Zug auf ihm lastet. Für die Verarbeitung des Edelstahls sind weitere Kennzahlen relevant. So müssen Betriebe aus der Metallumformung wissen, wie stark das Material gedehnt werden kann. Die Angabe der Härte nach Brinell, Vickers oder Rockwell hilft dafür nicht weiter.

Deshalb sind für die Ermittlung der Stabilität von Edelstahl folgende Kennzahlen noch relevanter:

• Zugfestigkeit: Dieser Kennwert gibt an, wie stark der Edelstahl belastet werden kann. Wird die Zugfestigkeit überschritten, gibt das Material nach. Die Zugfestigkeit wird in Kraft pro Fläche angegeben (N/mm2) und hat bei Metallen die Einheit Rm. Die Zugfestigkeit bzw. die Angabe der maximalen Spannung ist wichtig, um die Stabilität bzw. Statik von Edelstahlkonstruktionen sicherzustellen.
• Dehngrenze (0,2%-Dehngrenze): Da bei Edelstahl der genaue Übergang zwischen elastisch und fest beim Strecken nicht genau ermittelt werden kann, behilft man sich mit der 0,2%-Dehngrenze. Sie gibt an, ab welcher Spannung ein Werkstück aus Stahl um 0,2 Prozent der gesamten Fläche gedehnt wird. Die Einheit lautet Rp0,2.
• Bruchdehnung: Dieser Kennwert zeigt an, ab welchem Grad der Dehnung der Edelstahl bricht. Der Wert wird in Prozent angegeben und ist wichtig, um einzuschätzen, wie verformbar ein Metall ist.

Quelle: https://www.edelstahl-rostfrei.de/


 

Umrechnung von Härteeinheiten in Zugfestigkeit

Bei Qualitätsstahlprodukten können Werte wie die Zugfestigkeit oder die Verformbarkeit anhand der mitgelieferten Materialspezifikationen leicht ermittelt werden.

Um Näherungswerte für die Zugfestigkeit zu erhalten, lassen sich Brinell-, Rockwell- oder Vickers-Härte in Zugfestigkeit mit Hilfe von Tabellen umrechnen.



Hier finden Sie eine solche Tabelle: https://www.vogelsang-edelstaehle.de/



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