DE914071C

DE914071C - Method and device for determining the hardness of a material

Info

Publication number: DE914071C
Application number: DET559A
Authority: DE
Inventors: Dr Roland Mitsche; Dr Ludwig Tschirf
Original assignee: LUDWIG TSCHIRF DR
Current assignee: LUDWIG TSCHIRF DR
Priority date: 1949-03-10
Filing date: 1950-03-07
Publication date: 1954-06-24

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Härte eines Werkstoffes Zur Bestimmung der Härte von Werkstoffen werden fast allgemein statische oder dynamische Prüfverfahren angewendet. Bei ersteren wird der Härtewert so festgestellt, daß ein Eindringkörper allmählich und stoßfrei mit der Oberfläche des Prüfstückes in Kontakt gebracht und einer vorgesehenen Belastung unterworfen wird, wobei er in die Oberfläche eindringt. Die dynamischen Verfahren beruhen darauf, daß der Prüfkörper durch Stoß- oder Schlagwirkung mit dem zu prüfenden Körper in Berührung gebracht wird, wobei entweder der Eindruck am Prüfstück oder die Rückprallhöhe des Prüfkörpers ein Maß für die Härte des zu prüfenden Materials bildet.Method and device for determining the hardness of a material To the Determination of the hardness of materials are almost generally static or dynamic Test method applied. In the former, the hardness value is determined to be a Penetrator gradually and smoothly in contact with the surface of the test piece brought and subjected to a predetermined load, whereby it is in the surface penetrates. The dynamic methods are based on the fact that the test specimen is subjected to impact or impact is brought into contact with the body to be tested, wherein either the impression on the test piece or the rebound height of the test piece is a measure for the hardness of the material to be tested.

Andere bekannte Härteprüfmethoden arbeiten in der Weise, daß ein Druckkörper auf der Oberfläche des Prüflings rollt und schwingt, wieder andere derart, daß der Werkstoff geritzt wird. Other known hardness testing methods work in such a way that a Pressure body on the surface of the test object rolls and swings, others in such a way that that the material is scratched.

Allen diesen bekannten Verfahren haften Nachteile an. Beim statischen Prüfverfahren kommen Fehler zustande einerseits durch Reibung in den Gelenken, Hebel- und Federauflagestellen der statischen Härteprüfgeräte, andererseits durch Massenkraftwirkungen, hervorgerufen durch Erschütterungen in der Umgebung des Prüfgerätes. Diese Einflüsse verfälschen den gemessenen Härtewert in vollkommen unkontrollierbarer Weise. All of these known processes have disadvantages. With the static Test procedures, errors arise on the one hand due to friction in the joints, lever and spring support points of the static hardness testers, on the other hand through inertia forces, caused by vibrations in the vicinity of the test device. These influences falsify the measured hardness value in a completely uncontrollable manner.

Bei zahlreichen Versuchen wurde festgestellt, daß besonders der ersteErschütterungsstoß einen großen Einfluß auf den gemessenen Härtewert ausübt. Nach einer bestimmten Anzahl von Erschütterungen ergibt sich ein Endwert, der durch aus der Umgebung zufällig hinzukommende weitere Erschütterungen nicht mehr verändert wird. In numerous tests it has been found that especially the first shock has a great influence on the measured hardness value. After a certain Number of vibrations results in a final value that is determined by the surroundings coincidentally additional vibrations are no longer changed.

Diese Erkenntnis benutzt das erfindungsgemäße Härteprüfverfahren in der Weise, daß das Prüfgerät während des Prüfvorganges absichtlich hervorgerufenen Erschütterungen derart unterworfen wird, daß ein von weiteren Erschütterungen nicht mehr beeinflußbarer, wiederholbarer Härteendwert am Anzeigeinstrument abzulesen ist. Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet das Härteprüfgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei eine mechanisch, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder sonstwie wirkende Erschütterungseinrichtung entweder unmittelbar oder mittelbar durch das Prüfstück oder den Prüfgerätträger mit dem Prüfgerät in Verbindung steht. The hardness testing method according to the invention uses this knowledge in such a way that the tester intentionally evoked during the testing process Shocks are subjected in such a way that one of further shocks is not Read more of the controllable, repeatable final hardness value on the display instrument is. The hardness tester for implementation forms a further subject of the invention of the method according to the invention, with a mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic or otherwise acting vibration device either directly or indirectly through the test piece or the test device carrier with the test device in Connection.

Die Prüffläche soll senkrecht zur Druckrichtung des Prüfkörpers liegen. Ist dies nicht der Fall, tritt durch die Schrägstellung des Prüfkörpers bei den bekannten Härteprüfgeräten an den Führungen des Druckstempels erhöhter Reibungswiderstand auf, der Meßfehler zur Folge hat. Bei Prüfgeräten mit Diamantspitzen werden letztere hierbei überdies einer abträglichen Beanspruchung unterworfen. The test surface should be perpendicular to the pressure direction of the test body. If this is not the case, the inclination of the test body causes the known hardness testers on the guides of the plunger increased frictional resistance which results in measurement errors. In the case of test devices with diamond tips, the latter this is also subject to detrimental stress.

Auch diese Mängel sind durch das erfindungsgemäße Prüfgerät behoben, und zwar dadurch, daß der Prüfkörper in bezug auf die Hauptlastfeder des Gerätes pendelnd gelagert ist. Fehler, die wegen der Geometrie der Schrägstellung des Prüfkörpers bei Messung der Eindringtiefe nach dem Rockwell-Verfahren auftreten, sind von einer solch niedrigen Größenordnung, daß sie vernachlässigt werden können. These deficiencies are also eliminated by the test device according to the invention, namely in that the test body in relation to the main load spring of the device is pivoted. Errors due to the geometry of the inclination of the test body occur when measuring the penetration depth according to the Rockwell method are of a so small that they can be neglected.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstands, und zwar ein Kleinhärteprüfgerät mit Vorlast und mit unmittelbarer Anzeige der Eindrucktiefe dargestellt (Verfahren nach Rockwell). Das gleiche Gerät kann auch zur Erzeugung des Eindruckes bei Brinell-oder Vickershärteprüfungen benutzt werden, nur muß dann zur Ausmessung des Eindruckes ein geeignetes Meßmikroskop verwendet werden. The drawing shows an example embodiment of the subject matter of the invention, namely a small hardness tester with preload and with direct display of the indentation depth shown (Rockwell method). The same device can also be used to generate of the indentation can be used in Brinell or Vickers hardness tests, only then a suitable measuring microscope can be used to measure the impression.

Fig. I zeigt das Prüfgerät im Längsschnitt, bei Verwendung des Kleinmillimeß als Anzeigevorrichtung; Fig. 2 ist eine Ansicht des Gerätes allein; Fig. 3 stellt eine gewöhnliche Meßuhr mit dem Anschlußteil zum Gerät dar; Fig. 4 ist ein Grundriß der Erschütterungseinrichtung im Schnitt. Fig. I shows the tester in longitudinal section, using the small millimeter as a display device; Fig. 2 is a view of the device alone; Fig. 3 represents an ordinary dial gauge with the connection part to the device; Fig. 4 is a plan view the vibration device in section.

Der Eindringkörper a sitzt in einer zylindrischen Bohrung des Druckstempels b, auf welchem ständig eine vorgespannte Schraubenfeder c einwirkt, welche die beim Rockwell-Verfahren notwendige Vorlast von 10 kg erzeugt. The penetration body a sits in a cylindrical bore of the pressure ram b, on which a preloaded helical spring c acts constantly, which the at Rockwell process generates the necessary preload of 10 kg.

Mittels eines Pendellagers f übernimmt der sphärisch ausgebildete Bund b' des Druckstempels b die während des Prüfvorganges aufzubringende Hauptlast. Die Hauptlastfeder, zweckmäßigerweise ein Federsatz F, ist in einer im Gehäuse k des Gerätes eingesetzten zylindrischen Büchse d untergebracht, deren unterer Abschluß ein schalenförmiger, in der Büchse bis zu einem Endanschlag längs verschiebbarer Federteller T, deren oberer Abschluß eine in die Büchse eingeschraubte Platte P bildet. Die Spannung des Hauptlastfedersatzes F und damit die Prüfkraft kann durch Verstellen der Platte P reguliert werden. By means of a self-aligning bearing f, the spherical bearing takes over Bund b 'of plunger b is the main load to be applied during the testing process. The main load spring, expediently a set of springs F, is in a housing k of the device used cylindrical sleeve d housed, the lower end a bowl-shaped one that can be moved lengthways in the sleeve up to an end stop Spring plate T, the upper end of which is a plate P screwed into the bushing forms. The tension of the main load spring set F and thus the test force can through Adjusting the plate P can be regulated.

Um das Prüfgerät für verschiedene Prüflasten zu verwenden, muß nicht mehr wie bisher jede neu eingesetzte Feder im Gerät justiert werden, sondern es brauchen gemäß der Erfindung lediglich die Büchsen, welche Federsätze bestimmter voreingestellter Spannungen enthalten, auf einfache Weise ausgetauscht zu werden. In order to use the test device for different test loads, it is not necessary as before, every newly inserted spring in the device can be adjusted, but it need according to the invention only the bushes, which spring sets certain pre-set voltages included, easy to exchange.

Das Aufbringen der Hauptlast muß stoßfrei erfolgen. Fig. 1 veranschaulicht, wie durch Verschwenken des Hebels H ein Ring h gegen den Teller T verdreht werden kann, wodurch der vorerst angehobene Teller T unter der Last der Feder F gegen den Druckstempel und damit gegen den Eindringkörper abgesenkt wird. Der Rings und der Teller T besitzen korrespondierende Auflaufbahnen mit schwacher Neigung, so daß die Hauptlast allmählich zur Wirkung kommt. The main load must be applied smoothly. Fig. 1 illustrates how a ring h can be rotated against the plate T by pivoting the lever H can, whereby the initially raised plate T under the load of the spring F against the Pressure ram and thus is lowered against the indenter. The ring and the Plates T have corresponding run-on tracks with a slight incline, so that the main burden gradually comes into play.

Der Druckstempel gibt mit seinem oberen, kugeligen Ende über die darin gelagerte Kugel e, deren Mittelpunkt gleichzeitig der Drehpunkt des Pendellagers f ist, den Eindringweg des Eindringkörpers a an den TaststiftM der Anzeigevorrichtung n weiter. The upper, spherical end of the plunger gives over the Ball e mounted in it, the center of which is also the pivot point of the self-aligning bearing f is the penetration path of the indenter a to the stylus M of the display device n next.

Wird also solche die Meßuhr o nach Fig. 3 verwendet, die mindestens 1 mm direkten Meßbereich besitzen muß, ist es erforderlich, eine Hebelübersetzung p zwischen dem Stempel b und der Meßuhr einzuschalten. Der Schraubteil l hält einerseits die Hauptlastfederbüchse d im Gehäuse k des Härteprüfers fest und nimmt andererseits den Teil m auf, mit dem die Einstellung der Anzeigevorrichtung möglich ist.So if the dial gauge o according to FIG. 3 is used, the at least 1 mm must have a direct measuring range, it is necessary to use a leverage p to be connected between the punch b and the dial gauge. The screw part l holds on the one hand the main load spring bushing d in the housing k of the hardness tester and takes the other hand the part m, with which the setting of the display device is possible.

Die Kappe g wird im entlasteten Zustand mittels einer in einem Druckring i untergebrachten Feder j nach außen gedrückt und schützt so die Diamantspitze a' des Eindringkörpers a vor Beschädigungen. The cap g is in the relieved state by means of a pressure ring i housed spring j is pressed outwards and thus protects the diamond tip a ' of the indenter a from damage.

Der Druckrings ist im Gehäuse einstellbar und überträgt auf dasselbe die bei Ausführung einer Prüfung auf die Kappe ausgeübte Verspannkraft.The pressure ring is adjustable in the housing and transfers to the same the tension exerted on the canopy when performing a test.

Die Erschütterungseinrichtung kann wahlweise am Prüfgerät selbst, aber auch am Prüfstück oder am Prüfgerätträger angebracht werden. Sie kann etwa mittels Klopfer, umlaufender Unwuchten, schwingender Massen, pneumatischer Druckschwankungen, magnetischer Felder zur Wirkung gebracht werden. Insbesondere empfiehlt sich die Anwendung einer solchen Erschütterungseinrichtung beim Arbeiten mit kleinen Prüflasten, weil dort die vorhin genannten Fehlerquellen relativ hohen Einfluß auf das Meßergebnis haben. The vibration device can optionally be installed on the test device itself, but can also be attached to the test piece or to the test device carrier. She can about by means of knockers, rotating imbalances, oscillating masses, pneumatic pressure fluctuations, magnetic fields are brought into effect. In particular, the Use of such a vibration device when working with small test loads, because there the previously mentioned sources of error have a relatively high influence on the measurement result to have.

Die Erschütterungseinrichtung ist, wie aus Fig. I ersichtlich, außen am Prüfgerät angebracht und besteht im Wesen aus einem drehbaren Ring q, in welchem ein doppelarmiger, klinkenartig ausgebildeter Hebel B gelagert ist, der an den Enden je einen Klopfer r trägt. 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 Schraubenfeder t gespannt, die nach Beendigung der Ringverdrehung den Ring wieder in seine Anfangsstellung zurückführt und dabei eine Anzahl weiterer Schläge verursacht. Je nach dem Grade der Verdrehung des Ringes kann die Anzahl der Erschütterungen bestimmt werden. As can be seen from FIG. 1, the vibration device is on the outside attached to the test device and essentially consists of a rotatable ring q in which a double-armed, latch-like lever B is mounted, which is at the ends each wears a knocker r. When the ring q is rotated, the pawl lugs N rattle via a ring of notches connected to the housing and thus bring them alternately the knockers r to strike. By the twist of the ring will at the same time a coil spring t housed in the same tensioned, which after Completion of the ring rotation returns the ring to its starting position causing a number of other blows in the process. Depending on the degree of twist the number of vibrations can be determined on the ring.

Erschütterungseinrichtungen nach der Erfindung können auch bei den üblichen statischen und dynamischen Härteprüfgeräten angebracht werden. Vibration devices according to the invention can also be used in the common static and dynamic hardness testers.

Das beschriebene Kleinhärteprüfgerät kann sowohl als Standgerät benutzt oder etwa durch Aufnahme zwischen Spitzen einer Werkzeugmaschine gehandhabt oder auch mittels einer Klemmvorrichtung am Prüfstück direkt festgeklemmt werden. The small hardness tester described can be used as a stand-alone device or handled, for example, by receiving between the tips of a machine tool or can also be clamped directly to the test piece by means of a clamping device.

Zur Vornahme einer Härteprüfung nach Rockwell wird das Gerät bei abgehobener Hauptlastfeder mit dem zu prüfenden Werkstück bei senkrecht zu dessen Oberfläche stehendem Eindringkörper a in Berührung gebracht und dem Werkstück hierauf so weit genähert, bis die Schutzkappe g am Gehäuse bzw. am Druckringi aufsetzt. Nun wird das Gerät gegenüber dem Werkstück verspannt. Die Verspannkraft wird beispielsweise von einer mittels eines Handrades betätigten Schraubenspindel, einer elektromagnetischen oder hydraulischen Einrichtung geliefert. Selbstverständlich muß die Verspannkraft größer sein als die Prüflast, damit diese bei ihrem nunmehr folgenden, durch Verschwenken des Hebels H bewirkten allmählichen Aufbringen überhaupt voll zur Wirkung kommen kann. Die Erschütterungseinrichtung wird während des Aufbringens oder während der Wirkung der Hauptlast betätigt. Die Ablesung des Härtewertes erfolgt vorschriftsmäßig nach Aufhebung der Hauptlast unter der Io-kg-Vorlast. To carry out a Rockwell hardness test, the device is supplied with lifted main load spring with the workpiece to be tested at perpendicular to it Surface standing indenter a brought into contact and the workpiece on it approximated until the protective cap g touches the housing or the pressure ring. Now the device is clamped against the workpiece. The bracing force is for example by a screw spindle operated by means of a handwheel, an electromagnetic one or hydraulic device supplied. Of course, the tension must be greater than the test load so that it is swiveled when it is now following of the lever H caused gradual application at all to come into full effect can. The vibration device is during the application or during the Effect of main load actuated. The hardness value is read off in accordance with regulations after lifting the main load under the Io kg preload.

PATENTANSPnÜCIIE: I. Verfahren zur Bestimmung der Härte eines Werkstoffes mittels eines Härteprüfgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät während des Prüfvorganges Erschütterungen derart unterworfen wird, daß ein von weiteren Erschütterungen nicht mehr beeinfluBbarer, wiederholbarer Härteendwert am Anzeigeinstrument abzulesen ist. PATENT APPLICATION: I. Method for determining the hardness of a material by means of a hardness tester, characterized in that the device during the The test process is subjected to vibrations in such a way that one of further vibrations Repeatable final hardness value, which can no longer be influenced, can be read on the display instrument is.

Claims

2. Apparatus for performing the method according to claim I, characterized by a hardness tester and a vibration device of mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic or the like. Design, either directly or indirectly by the test piece or the test device carrier in connection with the hardness tester stands.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the vibration device consists of knockers (r) arranged on swing arms (B), which when one of the Ring (q) come into effect on the hardness tester that the arms are locked (s) to be carried away.

4. Apparatus according to claim 2, the hardness tester with a die Test load delivering spring and an indenter is provided, the measuring path over a pressure stamp is transferred to the stylus of a display device, thereby characterized in that the indenter (a) oscillates with respect to the test load spring (F) is stored.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the pivot point of the self-aligning bearing (f) with the center of one in the end of the plunger (b) Ball (e) coincides on which the stylus (M) of the display device for Plant is coming.

6. Device according to claims 4 and 5, characterized in that that spring sets (F) are built into bushes (d), which can easily be compared with others Spring force are interchangeable.