Vickers-Härte

Der Vickers-Härtetest misst die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen bleibende Verformung, indem eine kleine Diamantpyramide unter kontrollierter Last in die Oberfläche gedrückt und der entstehende Eindruck gemessen wird. Im Gegensatz zu Rockwell oder Brinell, die unterschiedliche Eindringkörper und Skalen verwenden, nutzt Vickers eine einzige standardisierte Pyramide mit 136 Grad Öffnungswinkel, die Ergebnisse auf einer einheitlichen Skala liefert und auf ein breites Spektrum von Materialhärten anwendbar ist. Das Ergebnis wird in Einheiten von HV (Hardness Vickers) oder HV gefolgt von der aufgebrachten Last ausgedrückt, beispielsweise HV10 für eine Kraft von 10 Kilogramm.

Das Testverfahren besteht darin, die Pyramide mit einer Last von typischerweise 9,8, 49 oder 98 Newton (grob entsprechend 1, 5 oder 10 Kilogramm-Kraft) auf eine vorbereitete Oberfläche zu drücken und für eine definierte Zeit zu halten. Nach dem Entlasten werden die Längen beider Diagonalen des quadratischen Eindrucks mit einem Mikroskop gemessen und der Durchschnitt zur Berechnung der Härte verwendet. Die Formel konvertiert die Pyramidengeometrie und die aufgebrachte Last in eine einzelne Zahl, wodurch es einfach ist, Materialien zu bewerten. Da der Eindruck klein und mit Submikron-Genauigkeit messbar ist, kann Vickers die Härte von oberflächengehärteten Schichten, dünnen Beschichtungen und lokalisierten Mikrostrukturen beurteilen, wo andere Verfahren versagen.

Varianten und Anwendungsgrenzen

Vickers-Härte ist theoretisch lastunabhängig, das heißt, man sollte unabhängig von der aufgebrachten Kraft das gleiche Ergebnis erhalten; in der Praxis führen Verfestigung und Oberflächeneffekte zu geringen Abweichungen, besonders bei sehr niedrigen Lasten unter 1 Kilogramm-Kraft. Das Verfahren funktioniert gleichermaßen gut bei Stahl, Gusseisen, Nichteisenlegierungen, Keramiken und Verbundstoffen. Es erfordert jedoch eine glatte, senkrechte, polierte Oberfläche und eine stabile Testmaschine mit Vibrationsisolation. Aufgerissene, raue oder gekrümmte Oberflächen liefern unzuverlässige Messwerte. Die geringe Geschwindigkeit und die Anforderung an eine mikroskopische Messung machen Vickers langsamer und teurer als tragbare Härteprüfgeräte, weshalb es für Verifikation, Materialabnahme und detaillierte mechanische Charakterisierung reserviert ist und nicht für Prüfungen in der Werkstatt eingesetzt wird.

Das Verfahren wurde in den 1920er-Jahren von der Rüstungsfirma Vickers als Verfeinerung früherer Eindringverfahren entwickelt, und der Name ist geblieben, obwohl Vickers als Unternehmen vor Jahrzehnten aufgehört hat, der primäre Gerätehersteller zu sein. Moderne Vickers-Härteprüfer sind vollautomatisiert mit motorisiertem Tisch, digitaler Bilderfassung und automatischer Eindruck-Messung, was einen großen Teil der Messfehler beseitigt, die die manuelle Mikroskopie belastete. Eisenlegierungen fallen typischerweise zwischen 100 und 1000 HV; Aluminium und Kupfer sind weicher mit 30 bis 150 HV; während Hartmetalle und Keramiken 1500 HV oder höher erreichen. Die Vickers-Härte eines Materials korreliert schwach mit der Zugfestigkeit, ist aber kein direkter Vorhersagefaktor, weshalb sie eher eine Materialspezifikation als eine Designvorgabe darstellt.