Das Eindruckverfahren als Weiterentwicklung zur Umwertungstabelle für Härtewerte und Zugfestigkeit
Die Umwertungstabelle für Härtewerte und Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 18265 erlaubt für verschiedene Stahlwerkstoffe eine grobe Einschätzung der Zugfestigkeit Rm aus einem Härtewert. Werkstoffe wie Aluminium oder Nickel lassen sich nicht umwerten, da keine Tabellen zur Umrechnung vorliegen. Außer zur Zugfestigkeit Rm sind weder Aussagen zur Rp0,2-Dehngrenze noch Duktilität möglich.
Diese Einschränkungen der Umwertungstabelle für Härtewerte und Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 18265 werden durch das neue Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 gelöst.
Das Eindruckverfahren liefert das Spannungs-Dehnungsverhalten im Vergleich zur Härteumwertung in Zugfestigkeit nach DIN EN ISO 18265
Grundsätzlich können alle metallischen Werkstoffe geprüft werden, die sich plastisch verformen und beim Eindringen einer Prüfspitze einen Aufwurf im Randbereich des Prüfeindruckes erzeugen. Unter dem Themenpunkt Werkstoffe ist eine Übersicht zu bisher verifizierten Werkstoffen zu sehen.
Das Eindruckverfahren ermittelt die Vergleichskennwerte RIp0,2 und die Zugfestigkeit RIm zum Zugversuch. Auch das Verfestigungsverhalten und die Duktilität gehören zu den Ergebnissen. In unserem exemplarischen Prüfbericht sehen Sie die Messergebnisse.
Umrechnung von Härte in Zugfestigkeit im Detail
Bekannt ist die Umrechnung von Härte in Zugfestigkeit durch die DIN EN ISO 18265. Ergebnisse aus einer empirischen Arbeit zur Umwertung von Härte in Festigkeit wurden genutzt. Grundlage waren statistisch gesicherte Härteprüfungen und Zugversuche. Die Umwertung von Härte in eine Zugfestigkeit ist von hoher Bedeutung, weil der Zugversuch als aufwändigere, kostenintensive und zerstörende Prüfung eingespart werden kann.
Werkstoffeinschränkung bei DIN EN ISO 18265
Die Härteumwertung in die Zugfestigkeit gilt laut der DIN EN ISO 18625 für folgende Werkstoffe:
- unlegierter und niedriglegierter Stahl
- Stahlguss
- Vergütungsstahl
- Werkzeugstahl 1.1243
- Werkzeugstahl 1.2714.
Bei der Umwertung in die Zugfestigkeit ist auch eine erhöhte Messunsicherheit zu beachten. Eine Vielzahl von Werkstoffen, wie z.B. Cr-Ni-Stahl, Aluminiumgusslegierungen und -knetlegierungen, Titan, Kupfer oder Nickel, sind in den veröffentlichten Tabellen nicht aufgeführt.
Keine Bestimmung der Rp0,2-Dehngrenze möglich
Die Rp0,2-Dehngrenze kann mithilfe der DIN EN ISO 18265 nicht umgewertet werden. Die Rp0,2-Dehngrenze spielt jedoch bei der mechanischen Charakterisierung von Metallen als Kennwert eine wesentliche Rolle.
Funktionale Beziehung zwischen Härteeindruck und dem Spannungs-Dehnungsverhalten des Werkstoffes
In der DIN EN ISO 18265 ist geschrieben, dass zwischen der Härteprüfung und dem Zugversuch wesentliche Unterschiede in der Werkstoffbeanspruchung liegen. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Herleitung einer funktionale Beziehung zwischen der Härte und der Zugfestigkeit sehr komplex sei.
Durch neue Erkentnisse aus der Werkstoffwissenschaft und Materialsimulation wurde solch eine Beziehung hergestellt. Das Eindruckverfahren nutzt den Materialaufwurf des Härteeindrucks als Grundlage zur Ermittlung von der Zugfestigkeit Rm und Rp0,2-Dehngrenze.
Definition des Materialaufwurfs: Erhöhung der Probenoberfläche, welche sich aufgrund der Krafteinwirkung des Eindringkörpers durch Materialverdrängung, außerhalb der Kontaktzone von Eindringkörper und Probe, bildet.
Der Härteeindruck in seiner gesamten verformten Geometrie liefert neue Informationen. Das sogenannte „pile up“ bzw. der Materialaufwurf zeigt das plastische Verformungsverhalten des Werkstoffes und verhält sich charakteristisch zum Werkstoff, wie ein Fingerabdruck. Das Eindruckverfahren nutzt diese Informationen und stellt eine funktionale Beziehung zwischen Eindruck und Spannungs-Dehnungsverhalten her.
Spannungs-Dehnungsdiagramm
Ermittelte Ergebnisse aus dem Eindruckverfahren gemäß DIN SPEC 4864
Fazit
Im Vergleich zur Umwertung liefert das Eindruckverfahren nach DIN SPEC 4864 die Rp0,2-Dehngrenze und Zugfestigkeit Rm werkstoffübergreifend für viele Metalle.
Produktionsnahe Prüfprozesse und der Laboreinsatz zur Ermittlung von mechanischen Eigenschaften wurden neu definiert. Kostengünstige Ergebnisse ohne aufwendige Probenvorbereitung, zerstörungsarme und schnelle Prüfungen erleichtern den Arbeitsalltag von Werkstoffprüfern und tragen zur Qualitätssteigerung von Bauteilen bei.
Prüfung der Rp0,2-Dehngrenze
Zusätzlich zur Zugfestigkeit Rm wird auch die Rp0,2-Dehngrenze ermittelt.
Werkstoffübergreifende Prüfung
Neben un- und niedriglegierten Stählen können auch Werkstoffe wie Aluminium, Nickel und hochlegierte Stähle geprüft werden.