Definition von Härte

In der Materialwissenschaft ist die Härte ein Maß für den Widerstand gegen lokalisierte plastische Verformung, die entweder durch mechanische Einkerbung oder Abrieb verursacht wird. Generell unterscheiden sich verschiedene Materialien in ihrer Härte; Beispielsweise sind Hartmetalle wie Titan und Beryllium härter als Weichmetalle wie Natrium und metallisches Zinn oder Holz und gängige Kunststoffe. Es gibt verschiedene Härtemaße: Ritzhärte, Eindruckhärte und Rückprallhärte.

Gängige Beispiele für harte Materie sind Keramik, Beton, bestimmte Metalle und superharte Materialien, die mit weicher Materie kontrastiert werden können.

Hauptarten der Härtemessung

Es gibt drei Haupttypen von Härtemessungen: Kratzer, Eindruck und Rückprall. Innerhalb jeder dieser Messklassen gibt es individuelle Messskalen.

(1) Kratzhärte

Die Kratzhärte ist das Maß dafür, wie widerstandsfähig eine Probe gegen Bruch oder dauerhafte plastische Verformung aufgrund von Reibung durch einen scharfen Gegenstand ist. Das Prinzip ist, dass ein Gegenstand aus einem härteren Material einen Gegenstand aus einem weicheren Material zerkratzt. Bei der Prüfung von Beschichtungen bezieht sich die Kratzhärte auf die Kraft, die erforderlich ist, um die Folie bis zum Substrat zu durchtrennen. Der gebräuchlichste Test ist die Mohs-Skala, die in der Mineralogie verwendet wird. Ein Werkzeug, um diese Messung durchzuführen, ist das Sklerometer.

Ein weiteres Werkzeug, das zur Durchführung dieser Tests verwendet wird, ist der Taschen-Härteprüfer. Dieses Werkzeug besteht aus einem Skalenarm mit abgestuften Markierungen, der an einem vierrädrigen Wagen befestigt ist. Ein Kratzwerkzeug mit einem scharfen Rand wird in einem vorbestimmten Winkel zur Testoberfläche montiert. Dazu wird der Skalenarm an einer der Skalenmarkierungen mit einem Gewicht bekannter Masse beaufschlagt und das Werkzeug dann über die Prüffläche gezogen. Die Verwendung des Gewichts und der Markierungen ermöglicht das Aufbringen eines bekannten Drucks ohne die Notwendigkeit einer komplizierten Maschinerie.

(2) Eindruckhärte

Die Eindruckhärte misst den Widerstand einer Probe gegen Materialverformung aufgrund einer konstanten Druckbelastung durch einen scharfen Gegenstand. Prüfungen der Eindruckhärte werden vor allem im Maschinenbau und in der Metallurgie eingesetzt. Die Tests arbeiten auf der Grundvoraussetzung, die kritischen Abmessungen eines Eindrucks zu messen, der von einem speziell dimensionierten und belasteten Eindringkörper hinterlassen wird.

Gängige Eindringhärteskalen sind unter anderem Rockwell, Vickers, Shore und Brinell.

(3) Rückprallhärte

Die Rückprallhärte, auch als dynamische Härte bekannt, misst die Höhe des „Aufpralls“ eines Hammers mit Diamantspitze, der aus einer festen Höhe auf ein Material fällt. Diese Art von Härte hängt mit der Elastizität zusammen. Das Gerät, mit dem diese Messung durchgeführt wird, ist als Stereoskop bekannt.

Zwei Skalen, die die Rückprallhärte messen, sind der Leeb-Rückprallhärtetest und die Bennett-Härteskala.

Die Ultraschall-Kontaktimpedanzmethode (UCI) bestimmt die Härte durch Messung der Frequenz eines schwingenden Stabes. Der Stab besteht aus einem Metallschaft mit einem vibrierenden Element und einem pyramidenförmigen Diamanten, der an einem Ende angebracht ist.

Vickershärte ausgewählter harter und superharter Werkstoffe

Diamant ist das bisher härteste bekannte Material mit einer Vickers-Härte im Bereich von 70–150 GPa. Diamant weist sowohl eine hohe Wärmeleitfähigkeit als auch elektrisch isolierende Eigenschaften auf, und es wurde viel Aufmerksamkeit darauf verwendet, praktische Anwendungen für dieses Material zu finden.

Synthetische Diamanten werden seit den 1950er Jahren für industrielle Zwecke hergestellt und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt: Telekommunikation, Laseroptik, Gesundheitswesen, Schneiden, Schleifen und Bohren usw. Synthetische Diamanten sind auch der wichtigste Rohstoff für PDC-Fräser.

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