Prüfverfahren zur Bestimmung der Härte eines Werkstoffes und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Bestimmung der Härte von Werkstoffen werden fast allgemein statisehe oder dynamische Prüfverfahren angewendet. Bei ersteren wird der Härtewert so festgestellt, dass ein Eindringkörper allmählieh und stossfrei mit der Oberfläche des Prüfstüekes in Kontakt gebracht und einer vorgesehenen Bela stung unterworfen wird, wobei er in die Oberfläche eindringt. Die dynamischen Verfahren beruhen darauf, dass der Eindringkorper durch Stoss-oder Schlagwirkung mit dem zu prüfenden Werkstüek in Berührung gebracht wird, wobei entweder der Eindruck am Prüf- stüek oder die Rückprallhohe des Eindring- körpers ein Mass fiir die Härte des zu prVifen- den Alaterials bildet.
Andere bekannte Härteprüfmethoden ar beiten in der Weise, dass ein Druckkorper auf der Oberfläehe des Prüfstüekes rollt und schwingt, wieder anders derart, dass der Werkstoff geritzt wird.
Bei allen diesen bekannten Verfahren kom- men Fehler zustande, einerseits durch Reibung in den Gelenken, Hebel-und Federauflagestellen der Härteprüfgeräte, anderseits durch Massenkraftwirkungen, hervorgerufen durch Ersehütterungen in der Umgebung der Prüfgeräte. Diese Einflüsse verfälschen den gemessenen Härtewert in vollkommen unkon- trollierbarer Weise.
Bei zahlreichen Versuchen wurde festge- stellt, dass besonders der erste Ersehütterungs- stoss einen grossen Einfluss auf den gemessenen Härtewert ausübt. Nach einer bestimmten Anzahl von Ersehiitterungen ergibt sieh ein Endwert, der durch aus der Umgebung zufällig hinzukommende weitere Erschütterungen nicht mehr verändert wird.
Diese Erkenntnis benützt das erfindungs- gemässe Härteprüfverfahren in der Weise, dass während des Priifvorganges Ersehiitterungen erzeugt werden, zum Zweeke, einen von weiteren Ersehütterungen unabhängigen, reproduzierbaren Härte-Kennwert zu erhalten.
Die Erfindung betrifft des weiteren aueh eine Einrichtung zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens. Diese Einrich- tung zeichnet sich dadurch aus, dass ausser dem Härteprüfgerät eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ersehütterungen während des Priifvorganges vorhanden ist.
Die Vorrichtung kann mechanische, elek triche, hydraulische, pneumatische oder anders wirkende Mittel für die Erzeugung der Ersehütterungen aufweisen.
Damit die erzeugten Ersehütterungen wäh- rend des Prüfvorganges an der Prüfstelle zur Auswirkung gelangen können, kann die Er schütterungsvorricbtung mit dem Härteprüfgerät oder mit dem Härteprüfgerätträger verbunden sein. In gewissen Fällen ist es vor teilhaft, die Ersehütterungsvorriehtung zur mittelbaren oder unmittelbaren Verbindung mit dem Prüfstück einzurichten.
Die Prüffläche soll senkrecht zur Druckrichtung des Eindringkorpers liegen. Dies ist in der Praxis nieht immer der Fall. Dadurch treten bei bekannten Härteprüfgeräten mit seitlich starrer Druckstempellagerung an den Führungen des Druekstempels seitliehe Kräfte und damit erhöhte Reibungskräfte auf, die Messfehler zur Folge haben. Bei Prüfgeräten mit Diamantspitzen werden letztere hierbei überdies einer abträglichen Beanspruchung unterworfen.
Diese letzten Mängel können dadurch behoben sein, dass der Eindringkörper des Prüf- gerätes in bezug auf die Prüflastfeder des Gerätes pendelnd gelagert ist. Fehler, die wegen der Schrägstellung des Eindringkorpers bei der Messung der Eindringtiefe auftreten, sind von einer solch niedrigen Grossen- ordnung, dass sie vernachlässigt werden können.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Härteprüfeinrichtung gemäss der Erfindung, und zwar ein Kleinhärteprüfgerät mit Vorlast und mit unmittel- barer Anzeige der Eindrucktiefe für die Er mittlung der Rockwell-Härte samt Ersehütte rungsvorrichtung dargestellt. Die gleiche Einrichtung kann auch zur Durchführung von Brinell-oder Vickers-Härteprüfungen benützt werden, nur muss dann zur Ausmessung des Eindruckes ein geeignetes Messmikroskop verwendet werden. An Hand dieser Einriehtung ist auch das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt die Prüfeinrichtung im Längs- schnitt ;
Fig. 2 ist eine Ansicht der Einrichtung ohne die Anzeigevorrichtung ;
Fig. 3 stellt eine Messuhr mit dem Anschlussteil zum Prüfgerät dar, und
Fig. 4 ist ein Horizontalsehnitt durch die Erschiitterungsvorrichtung.
Der Eindringkörper a sitzt in einer zylin drischen Bohrung des Druckstempels b, auf welehen ständig eine vorgespannte Schraubenfeder c einwirkt, welche die für die Er mittlung der Rockwell-Ha. rte notwendige Vorlast von 10 kg erzeugt.
Von einem Pendellager f übernimmt der sphärisch ausgebildete Bund b'des Druckstempels b die während des Prüfvorganges aufzubringende Hauptlast. Die Hauptlastfeder F, die zweekmässig aus einem Satz von Einzelfedern besteht, ist in einer im Gehäuse k des Gerätes losbar eingesetzten zylindrischen Büchse d untergebraeht, deren untern Absehluss ein schalenformiger, in der Büchse bis zu einem Endansehlag längsversehiebbarer Federteller T und deren obern Abschluss eine in die Büehse eingeschraubte Platte P bildet.
Die Spannung der Hauptlastfeder F und damit die Prüfkraft kann durch Verstellen der Platte P reguliert werden.
Um das Härteprüfgerät für versehiedene Prüflasten verwenden zu können, muss nieht mehr, wie bisher, jede neu eingesetzte Feder im Gerät justiert werden, sondern es braucht lediglich die Büchse mit der Feder ausgetauscht zu werden.
Um das Aufbringen der Hauptlast stossfrei erfolgen lassen zu können, ist gemäss Fig. I ein Hebel H vorgesehen, bei dessen Ver sehwenken ein Ring h gegen den Teller T verdreht wird, wodurch der vorerst angehobene Teller T unter der Last der Feder F gegen den Druekstempel und damit gegen den Eindringkorper abgesenkt wird. Der Ring h und der Teller T besitzen korrespondierende Auflaufbahnen mit schwacher Neigung, so dass die Hauptlast allmählieh zur Wirkung kommt.
Der Druekstempel gibt mit seinem obern kugeligen Ende über die darin gelagerte lEC gel e, deren Mittelpunkt gleiehzeitig der Drehpunkt des Pendellagers f ist, den Eindring- weg des Eindringkorpers a an den Taststift 31 der Anzeigevorrichtung n weiter.
Wird als solche die Messuhr o nach Fig. 3 verwendet, die mindestens 1 mm direkten Messbereich besitzen muss, so ist eine Hebelübersetzung p zwischen dem Stempel b und der Messuhr er forderlich. Der Schraubteil 1 hält einerseits die Ha. uptlastfederbüehse d im Gehäuse h : des Härteprüfers fest und nimmt anderseits den Teil eel auf, mit dem die Einstellung der An zeigevorrichtung möglich ist.
Die unten am Gehäuse 7 vorgesehene Kappe g wird im entlasteten Zustande mittels einer in einem Druckring i untergebrachten Feder j nach aussen gedrüekt und schützt so die Diamantspitze a'des Eindringkorpers a vor BesehÅadigungen. Der Druckring i ist im Gehäuse einstellbar und überträgt auf dasselbe die bei Ausführung einer Prüfung auf die Kappe ausgeübte Verspannkraft.
Die Ersehütterungsvorriehtung kann am Härteprüfgerät selbst oder am Prüfstüek oder am Prüfgerätträger angebracht sein. Sie kann etwa mit Klopfern, umlaufenden Un wuchten, schwingenden Massen, pneumati schen Druckschwankungen oder magnetischen Feldern wirken.
Gemäss Fig. l ist die Ersehütterungsvor- richtung aussen am Härteprüfgerät angebracht und besteht aus einem drehbaren Ring q, in welchem zwei klinkenartige, zu einem doppelarmigen Hebel vereinigte Sehwingarme B ge- lagert sind, die an den Enden je einen Klopfer r tragen. Bei Verdrehung des Ringes q rattern die Klinkennasen N über einen mit dem Gehäuse verbundenen Rastenkranz s und bringen so abwechselnd die Klopfer r zum Anschlagen.
Durch die Verdrehung des Ringes wird gleichzeitig eine in demselben untergebrachte Sehraubenfeder t gespannt, die nach Beendigung der Ringverdrehung den Ring wieder in seine Anfangsstellung zurückführt und dabei eine Anzahl weiterer Schläge ver ursacht. Je nach dem Grade der Verdrehung des Ringes kann die Anzahl der Ersehiitte- rungen variiert werden.
Zur Vornahme einer Härteprüfung naeh Rockwell wird das Gerät-bei abgehobener Hauptlastfeder-mit dem zu prüfenden Werkstüek bei senkrecht zu dessen Oberfläche stehendem Eindringkörper a in Berührung gebracht und dem NVerkstüek hierauf so weit genähert, bis die Schutzkappe g am Gehäuse bzw. am Druckring i aufsetzt. Nun wird das Gerät gegenüber dem Werkstüek mit einer die Prüflast übersteigenden Kraft verspannt und die Hauptlast durch Verschwenken des Hebels H allmählich aufgebracht. Die Er schfitterungsvorrichtung wird während des Aufbringens oder während der Wirkung-der Hauptlast betätigt.
Die Ablesung des Härte- wertes erfolgt vorsehriftsgemäss nach Aufhebung der Hauptlast unter der Vorlast von 10 kg.
Test method for determining the hardness of a material and device for carrying out the method.
To determine the hardness of materials, static or dynamic test methods are almost generally used. In the case of the former, the hardness value is determined in such a way that an indenter gradually and jerk-free is brought into contact with the surface of the test piece and subjected to an intended load, whereby it penetrates the surface. The dynamic methods are based on the penetration body being brought into contact with the workpiece to be tested by impact or impact, with either the impression on the test piece or the rebound height of the penetration body being a measure of the hardness of the aluminum material to be tested forms.
Other known hardness test methods work in such a way that a pressure body rolls and swings on the surface of the test piece, again in a different way such that the material is scratched.
In all of these known methods, errors occur, on the one hand due to friction in the joints, lever and spring contact points of the hardness testing devices, and on the other hand due to the effects of inertia caused by vibrations in the vicinity of the testing devices. These influences falsify the measured hardness value in a completely uncontrollable manner.
In numerous tests it was found that the first jolt in particular has a major influence on the measured hardness value. After a certain number of shocks, the result is a final value that is no longer changed by additional shocks that happen randomly from the environment.
The hardness test method according to the invention uses this knowledge in such a way that jitters are generated during the testing process for the purpose of obtaining a reproducible characteristic hardness value that is independent of further jolts.
The invention also relates to a device for performing the method according to the invention. This device is characterized in that, in addition to the hardness tester, there is a device for generating shocks during the testing process.
The device can have mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic or other acting means for generating the vibrations.
So that the vibrations generated during the test process can have an effect at the test point, the vibration device can be connected to the hardness tester or to the hardness tester carrier. In certain cases it is advantageous to set up the vibration device for direct or indirect connection with the test piece.
The test surface should be perpendicular to the pressure direction of the indenter. In practice this is not always the case. As a result, in known hardness testers with a laterally rigid plunger bearing on the guides of the plunger, lateral forces and thus increased frictional forces occur, which result in measurement errors. In the case of test devices with diamond tips, the latter are also subjected to detrimental stress.
These last deficiencies can be remedied by the fact that the indenter of the test device is mounted oscillating with respect to the test load spring of the device. Errors that occur due to the inclination of the penetrator when measuring the penetration depth are of such a small order of magnitude that they can be neglected.
The drawing shows an example of an embodiment of the hardness testing device according to the invention, namely a small hardness testing device with preload and with an immediate display of the indentation depth for determining the Rockwell hardness, including the Ersehütte approximation device. The same device can also be used to carry out Brinell or Vickers hardness tests, but a suitable measuring microscope must then be used to measure the indentation. The method according to the invention is also explained, for example, on the basis of this arrangement.
1 shows the testing device in longitudinal section;
Fig. 2 is a view of the device without the display device;
3 shows a dial indicator with the connection part to the test device, and
Figure 4 is a horizontal section through the shock device.
The penetration body a sits in a cylin drical bore of the plunger b, on welehen constantly a preloaded coil spring c acts, which for the determination of the Rockwell Ha. rte necessary preload of 10 kg generated.
From a self-aligning bearing f, the spherical collar b 'of the pressure ram b takes on the main load to be applied during the testing process. The main load spring F, which consists of a set of individual springs, is housed in a releasably inserted cylindrical sleeve d in the housing k of the device, the lower end of which is a shell-shaped spring plate T which can be displaced lengthways in the sleeve to an end stop and the upper end of which is an in the bushing screwed in plate P forms.
The tension of the main load spring F and thus the test force can be regulated by adjusting the plate P.
In order to be able to use the hardness tester for different test loads, every newly inserted spring no longer has to be adjusted in the device, as was previously the case, but only the bushing with the spring needs to be replaced.
In order to allow the main load to be applied smoothly, a lever H is provided according to FIG. I, when pivoting a ring h is rotated against the plate T, whereby the initially raised plate T under the load of the spring F against the plunger and is thus lowered against the penetrator. The ring h and the plate T have corresponding run-up tracks with a slight incline, so that the main load gradually comes into effect.
The upper spherical end of the plunger passes on the penetration path of the penetrating body a to the stylus 31 of the display device n via the IEC gel e stored therein, the center of which is also the pivot point of the self-aligning bearing f.
If the dial gauge o according to Fig. 3 is used as such, which must have a direct measuring range of at least 1 mm, a leverage p between the punch b and the dial gauge is required. The screw part 1 holds on the one hand the Ha. uptlastfederbüehse d in the housing h: of the hardness tester and on the other hand takes the part eel, with which the setting of the display device is possible.
The cap g provided at the bottom of the housing 7 is pressed outward in the relieved state by means of a spring j housed in a pressure ring i and thus protects the diamond tip a 'of the penetrating body a from damage. The pressure ring i is adjustable in the housing and transmits to it the tension force exerted on the cap when a test is carried out.
The vibration device can be attached to the hardness tester itself or to the test piece or to the test device carrier. It can act with knockers, rotating imbalances, oscillating masses, pneumatic pressure fluctuations or magnetic fields.
According to FIG. 1, the vibration device is attached to the outside of the hardness tester and consists of a rotatable ring q, in which two pawl-like wing arms B combined to form a double-armed lever are mounted, each of which has a knocker r at its ends. When the ring q is rotated, the pawl noses N rattle over a ring of notches s connected to the housing and thus alternately bring the knockers r to strike.
By rotating the ring, a very cube spring t housed in the same is tensioned at the same time, which returns the ring to its initial position after the ring has been twisted and causes a number of further blows. Depending on the degree of twisting of the ring, the number of marks can be varied.
To carry out a hardness test in accordance with Rockwell, the device - with the main load spring lifted - is brought into contact with the workpiece to be tested with the penetrator a standing perpendicular to its surface and the N plastic is then approached until the protective cap g touches the housing or pressure ring i . Now the device is clamped against the workpiece with a force exceeding the test load and the main load is gradually applied by pivoting the lever H. The charging device is operated during application or during the effect of the main load.
The hardness value is read off according to regulations after the main load has been lifted under the preload of 10 kg.