VDI VDE 2616 Blatt 1-2012 Hardness testing of metallic materials.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKHrteprfungan metallischen WerkstoffenHardness testingof metallic materialsVDI/VDE 2616Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/VDE-Handbuch FertigungsmesstechnikVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fer

2、tigungsverfahren, Band 2: FertigungsverfahrenVDI-Handbuch WerkstofftechnikVDI/VDE-RICHTLINIENICS 77.040.10 August 2012Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German vers

3、ion of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.FrhereAusgaben: 07.02; 06.10 Entwurf, deutsch Former editions: 07/02; 06/10Draft, in German onlyZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalte

4、n /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2012VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachbereich FertigungsmesstechnikInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereic

5、h . . . . . . . . . . . . . 22 Technische Hrte . . . . . . . . . . . . . . . 33 Auswahl eines Hrteprfverfahrens . . . . . 34 Hrteprfverfahren . . . . . . . . . . . . . . 34.1 Genormte Verfahren. . . . . . . . . . . . . 74.2 Nicht genormte Verfahren. . . . . . . . . . 435 bersicht der Hrteprfverfahre

6、n . . . . . . 616 Umwertung von Hrteprfergebnissen . . . 617 Probenaufnahme . . . . . . . . . . . . . . . 648 Gekrmmte Prfflchen . . . . . . . . . . . 649 Prfung und Kalibrierung von Hrteprfmaschinen . . . . . . . . . . . . . 649.1 Direkte Prfung . . . . . . . . . . . . . . 659.2 Indirekte Prfung .

7、. . . . . . . . . . . . 6510 Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . . 66Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . 22 Technical hardness . . . . . . . . . . . . . . 33 Selection of a hardness test method . . . . 34 Hardness test methods. . . . . . . . . . . . 34.1 Standardized methods . . . . . . . . . . . 74.2 Non-standardized methods . . . . . . . . . 435 Overview of the hardness test methods. . . 616 Con

9、version of hardness test results. . . . . 617 Test piece mounting . . . . . . . . . . . . . 648 Curved test surfaces . . . . . . . . . . . . . 649 Testing and calibrating hardness testing machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649.1 Direct testing . . . . . . . . . . . . . . . . 659.2 Indire

10、ct testing . . . . . . . . . . . . . . . 6510 Measurement uncertainty . . . . . . . . . . 66Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 2 VDI/VDE 26

11、16 Blatt 1 / Part 1VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind

12、 vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Einl

13、eitungDie Richtlinienreihe VDI/VDE 2616 besteht aus zwei Blttern. In dem hier vorliegenden Blatt 1 ist die Hrteprfung an metallischen Werkstoffen beschrie-ben; in Blatt 2 wird die Hrteprfung an Kunststoffen und Elastomeren behandelt. Ziel der Richtlinienreihe ist es, eine mglichst bersichtliche und

14、vollstndige Zusammenstellung der Prfmglichkeiten zu geben und die Auswahl eines geeigneten Prfverfahrens zu erleichtern. Deshalb ist das Wesentliche in Schaubil-dern und Tabellen zusammengefasst. Die erlutern-den Texte sind auf das Notwendigste begrenzt. Die Richtlinienreihe ist ein Arbeitsergebnis

15、des Fachaus-schusses 3.23 Hrteprfung“ der VDI/VDE-Gesell-schaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA).Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2616.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie gibt einen berblick ber die hu-figsten gebruchli

16、chen Verfahren der Hrteprfung fr metallische Werkstoffe. Die einzelnen Verfahren sind jeweils in einer Kurzdarstellung beschrieben. Die ergnzenden Angaben enthalten Hinweise auf Besonderheiten der Verfahren, auerdem sind die Vor- und Nachteile der Verfahren dargestellt. Da-durch ist eine schnelle In

17、formation ber die Leis-tungsfhigkeit der einzelnen Verfahren mglich, und es wird die Auswahl eines geeigneten Prfverfahrens fr eine bestimmte Prfaufgabe erleichtert. Die Richtlinie ergnzt die fr die Hrteprfung an Metal-len bestehenden Normen. Bei der Anwendung der Verfahren sind die Normen in der je

18、weils gltigen Fassung zu beachten.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in

19、data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tr

20、ibutors to this guideline.IntroductionThe series of guidelines VDI/VDE 2616 consists of two parts. The present guideline, Part 1, deals with the hardness testing of metallic materials while Part 2 covers the hardness testing of plastics and elastomers. This series of guidelines aims at providing the

21、 clear-est and most complete overview of test methods and at making it easier to select a suitable test method. For this reason the essential information is presented in the form of diagrams and tables. The explanatory matter has been restricted to what is absolutely nec-essary. This series of guide

22、lines is the result of the work carried out by Technical Committee 3.23 “Hardness testing” of the VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control (GMA).A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/2616.1 ScopeThis guideline provi

23、des an overview of the most com-monly used methods for testing the hardness of me-tallic materials. The individual methods are each given a brief description. The supplementary infor-mation contains information about special aspects of the methods, and the advantages and disadvantages of the methods

24、 are also covered. This means that in-formation about the capabilities of the individual methods can be accessed quickly and selecting a suit-able test method for a particular testing task is facili-tated. This guideline supplements existing standards dealing with the hardness testing of metals. In

25、apply-ing the methods, reference should be made to the lat-est version of the standards. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 2616 Blatt 1 / Part 1 3 In die Darstellung sind einbezogen alle ge

26、normten Hrteprfverfahren und nicht genormte Hrteprfverfahren, soweit sie in der Prfpraxis verbreitet sind.2 Technische HrteDie technische Hrte eines Werkstoffs ist definiert als sein Widerstand gegen das Eindringen eines hrteren Krpers. Sie ist eine Kenngre zur Beschreibung ei-nes Werkstoffs bzw. We

27、rkstoffzustands.Die Hrte kann nicht direkt gemessen werden. Sie wird aus primren Messgren (z. B. Eindringtiefe, Prfkraft) abgeleitet.Die bereinstimmung von Hrteprfergebnissen ist nur fr ein und dasselbe Prfverfahren bei Einhaltung aller Versuchsparameter gegeben. Insbesondere sind hierzu folgende Fe

28、stlegungen erforderlich: Definition des Hrtewerts Geometrie und Werkstoff des Eindringkrpers Art und Gre der Prfkraft Einwirkdauer der Prfkraft bei statischen Prfver-fahren Beschaffenheit der Probe3 Auswahl eines HrteprfverfahrensDie Entscheidung fr ein bestimmtes Hrteprfver-fahren wird im Wesentlic

29、hen beeinflusst durch: Werkstoff und Hrte der Probe Form, Abmessungen, Gewicht, Zugnglichkeit und zulssige Beschdigung der Probe Art der Aufgabenstellung (z. B. Bestimmung des Hrteverlaufs) Qualitt des Verfahrens im Hinblick auf Aufl-sung, Genauigkeit, Vergleichbarkeit Wirtschaftlichkeit verfgbare M

30、aschinen und Gerte4 HrteprfverfahrenEine Zusammenstellung der in dieser Richtlinie be-schriebenen Verfahren zeigt Bild 1. In Bild 2 sind die Hrtebereiche, bezogen auf die Vickers-Hrte-skala, dargestellt. Bild 3 gibt einen berblick ber die Eindringtiefenbereiche der einzelnen Hrteprf-verfahren. Die w

31、ichtigsten Informationen zu den Ver-fahren sind in Kurzdarstellungen zusammengefasst; diesen folgen ergnzende Angaben.This guideline covers all standardized hardness test methods and non-standardized hardness test methods where these find wide application in practice.2 Technical hardnessThe technica

32、l hardness of a material is defined as its resistance to the intrusion of a harder body. It is a characteristic used in describing a material or the state of a material.Hardness cannot be measured directly. It is derived from primary measured quantities (for example, in-dentation depth, test force).

33、Agreement of hardness test results is only given when the test method is identical and there is compliance with all test parameters. In particular, specification of the following factors is required: definition of the hardness value geometry and material of the indenter type and magnitude of the tes

34、t force load duration of the test force in the case of static test methods physical characteristics of the test piece3 Selection of a hardness test methodThe decision to use a particular hardness test method is mainly influenced by: material and hardness of the test piece shape, dimensions, weight,

35、accessibility of the test piece and the test piece damage permitted nature of the task (for example, determining the hardness profile) quality of the method with regard to resolution, precision, comparability cost-effectiveness availability of machines and equipment4 Hardness test methodsAn overview

36、 of the methods described in this guide-line is shown in Figure 1 while Figure 2 shows the hardness ranges according to the Vickers hard-ness scale. Figure 3 provides an overview of the in-dentation depth ranges of the individual hardness test methods. The most important information about the method

37、s is summarized in brief descriptions; these are followed by supplementary information.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 4 VDI/VDE 2616 Blatt 1 / Part 1Bild 1. bersicht ber die in dieser Richtl

38、inie behandelten Verfahren der HrteprfungFigure 1. Overview of the hardness testing methods covered in this guidelineB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 2616 Blatt 1 / Part 1 5 Bild 2. Hrtebe

39、reiche der Prfverfahren, bezogen auf die Vickersskala HV 30Figure 2. Test method hardness ranges on the Vickers scale HV 30B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 6 VDI/VDE 2616 Blatt 1 / Part 1Prfkr

40、aftstufenDie Einheit fr die Kraft im SI-System ist das New-ton (N). Zu dem frher angewandten MKS-System gilt fr die Einheit der Kraft folgende Beziehung:1 kp = 9,80665 NIm Rahmen der Einfhrung des SI-Systems wurde bei der Umstellung der Kraft von kp in N der Faktorin die Formeln des Brinell-, Vicker

41、s- und Knoopver-fahren eingesetzt1). Dadurch knnen bei unvernder-ten Prfkraftstufen gleiche Hrtewerte wie vor der Umstellung ermittelt werden. 1) Fr die Hrteprfung an Kunststoffen wurde bei der Umstellung auf die Krafteinheit N der Faktor 0,102 nicht in die Berechnungsfor-meln eingefhrt. Die Zahlenw

42、erte fr Proben gleicher Hrte von Kunststoffen und Metallen unterscheiden sich daher ungefhr um den Faktor 10. Die Hrtewerte von Kunststoffen werden in der Ein-heit“ N/mm2 angegeben. Die Unterschiedlichkeit ist auf die Fest-legung durch verschiedene internationale Gremien zurckzufhren.19,80665- 0,102

43、Test force levelsThe unit of force in the SI system is the Newton (N). In the MKS system used formerly the unit of force is defined thus:1 kp = 9,80665 NAs part of the introduction of the SI system the factor was used in the formulas of the Brinell, Vickers and Knoop methods when converting force fr

44、om kp into N1). This means than if the test force levels remain unchanged, the same hardness values will be ob-tained as before conversion.1) For hardness testing of plastics, a factor of 0,102 has not been incor-porated in the conversion formulas in converting to the force unit N. The numerical val

45、ues for test pieces of the same hardness therefore differ for plastics and metals by approximately a factor of 10. The hardness values of plastics are given in the “unit” N/mm2. This dis-parity is due to the decisions taken by different international com-mittees.19,80665- 0,102(a) MartenshrteBild 3.

46、 Eindringtiefenbereiche ausgewhlter Hrteprfverfahren (a) Martens hardnessFigure 3. Indentation depth ranges of selected hardness test methodsB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI/VDE 2616 Blatt 1 /

47、 Part 1 7 4.1 Genormte VerfahrenDie Normen beschreiben die Verfahren in der Regel in drei Teilen: Verfahren und Maschinen einschlielich der zu-lssigen Toleranzen fr Prfkraft, Eindringkrper und Messeinrichtung Prfung und Kalibrierung der Maschinen Kalibrierung von Hrtevergleichsplatten, soweit vorges

48、ehen4.1.1 Hrteprfung nach BrinellKurzdarstellungMessgreBrinellhrte HBW. Gemessen werden zwei zueinander senkrecht stehende Durchmesser des bleibenden Prfeindrucks an der Probenoberflche (sieheBild 4).DefinitionDabei istF Prfkraft in NA Eindruckoberflche in mm2D Durchmesser des Eindringkrpers (Kugel) in mmd arithmetischer Mittelwert aus zwei gemessenen Eindruckdurchmessern in mmAnwendungsbereichMetallische Werkstoffe bis zu einer Brinellhrte von 650 HBW (siehe Bild 2).EindringkrperPolierte Kugel aus Hartmetall (HBW) mit den Durch-messern D = 10 mm; 5 mm; 2,5 mm; 1 mm.HBW 0,102 FA- 0,102 2 F