Härteprüfung nach Knoop (HK)

Über die Härteprüfung nach Knoop

Die Härteprüfung nach Knoop ist eine Alternative zum Vickers-Verfahren für Härteprüfungen mit geringer Prüfkraft. Sie kann auf denselben Universal-Prüfgeräten oder Prüfgeräten für den Mikrobereich durchgeführt werden. Sie dient in erster Linie dazu, Rissbildung in spröden Werkstoffen zu vermeiden, aber auch, um die Prüfung dünner Schichten zu erleichtern.



Wie bei der Härteprüfung nach Vickers wird bei Knoop als Eindringkörper ein pyramidenförmiger Diamant verwendet. Dieser ist jedoch nicht symmetrisch, sondern länglich rhombisch. Die Knoop-Härte (HK) wird durch optisches Vermessen der langen Diagonale des Eindrucks bestimmt.

Berechnung der Knoop-Härte

Die Knoop-Härte (HK) wird durch optisches Vermessen der Länge der langen Diagonalen des Eindrucks nach Belastung mit dem Diamant-Eindringkörper ermittelt. Der gemessene Eindruck wird dann mithilfe einer standardisierten Formel oder Referenztabelle in einen Härtewert umgerechnet. Moderne Härteprüfgeräte berechnen und zeigen den HK-Wert mithilfe integrierter Software automatisch an.

HK = 1,451 F/d²

HK: Härte nach Knoop
F:
Prüfkraft (gf)​

d: Länge der langen Diagonale (mm)

• Kraftbereich: 1 gf bis 1 kgf, selten bis zu 2 kgf​

Knoop-Kraftbereiche

Die Härteprüfung nach Knoop ist nicht für Prüfungen geeignet, bei denen Diagonalen mit einer Länge von weniger als 20 μm erzeugt werden, da dies zu Messungenauigkeiten führen würde.

NORM	KRAFTBEREICH
ISO 4545	1 gf – 2 kgf	(0,0098 - 19,613 N)
ASTM E384	1 gf–≤ 1 kgf	(0,0098–9,807 N)

• Haltezeit: 10-15 Sekunden
• Dicke des Prüfmaterials, ASTM: Mindestens das 10-fache der Eindringtiefe
• Dicke des Prüfmaterials, ISO: Mindestens ein Drittel der Länge der langen Diagonalen.

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Abstand zwischen Eindrücken

Ein Knoop-Eindruck misst nicht nur die Härte, sondern verändert auch das Gefüge des Werkstoffs im Bereich der Prüfstelle. Damit benachbarte Prüfungen einander nicht beeinflussen und genaue Härtewerte erzielt werden, schreiben die Normen bestimmte Mindestabstände zwischen den Eindrücken vor.

Randabstand:ISO 4545 ≥ 3,5× kurze Diagonale bei paralleler Ausrichtung, ASTM E384  ≥ 2,5× kurze Diagonale bei paralleler Ausrichtung oder ≥ 1x lange Diagonale bei senkrechter Ausrichtung.

Zwischen den Eindrücken: ISO 4545 ≥ 3,5× kurze Diagonale bei nebeneinander liegenden Eindrücken oder ≥ 2× lange Diagonale bei hintereinander liegenden Eindrücken, ASTM E384 ≥ 2,5× kurze Diagonale bei nebeneinander liegenden Eindrücken oder ≥ 2× lange Diagonale bei hintereinander liegenden Eindrücken. Alle Abstände gemessen Mitte-zu-Mitte. Bei unterschiedlichen Größen den größeren Eindruck verwenden.

Diagonallänge

Ähnlich wie Vickers schreiben auch die Normen für die Härteprüfung nach Knoop eine Mindestdiagonale von 20 µm vor.

Vorbereitung für eine Knoop-Härteprüfung

Probe

Die Probe muss vor dem Einlegen in das Mikrohärteprüfgerät ordnungsgemäß präpariert werden. Die Anforderungen an die Oberflächengüte hängen von der aufgebrachten Prüfkraft ab. Mit abnehmender Prüfkraft steigen die Anforderungen an die Feinheit der Oberflächengüte.

• Die Prüffläche sollte mechanisch oder elektrolytisch poliert werden, um eine genaue Messung des kleinen Knoop-Eindrucks zu gewährleisten.​

Gerät

Zur Gewährleistung zuverlässiger und rückführbarer Prüfergebnisse sollte das Knoop-Härteprüfgerät mindestens einmal jährlich durch ein akkreditiertes Kalibrierlabor direkt überprüft und kalibriert werden. Zwischen den direkten Kalibrierungen sollten regelmäßige indirekte Überprüfungen mit zertifizierten Härtevergleichsplatten durchgeführt werden, deren Härtewerte bekannt sind.

Umgebung

Die Prüfung nach Knoop zählt neben der Prüfung nach Vickers zu den Härteprüfverfahren, die besonders empfindlich auf Erschütterungen und Vibrationen reagieren. Dies gilt insbesondere für Härtemessungen im Mikrobereich. Um genaue und wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten, sollte das Gerät auf einer stabilen, starren Oberfläche aufgestellt werden. Vibrationen durch Maschinen in der Nähe, vorbeigehende Personen oder andere äußere Einflüsse sollten so weit wie möglich reduziert oder vermieden werden.​

ISO- und ASTM-Normen geben eine Betriebstemperatur zwischen 10 °C und 35 °C an.

Bediener

Der Bediener ist dafür verantwortlich, dass die Probe korrekt positioniert ist und während des gesamten Prüfzyklus stabil bleibt. Um Messfehler durch Verformung des Werkstoffs zu vermeiden, müssen die Eindrücke in ausreichendem Abstand zueinander und zu den Probenkanten gesetzt werden.

Als allgemeine Richtlinie:​

• Der Abstand zwischen den Mitten zweier benachbarter Eindrücke sollte bei Stahl- und Kupferlegierungen mindestens das Dreifache der langen Diagonalen (3d) betragen.
• Bei Leichtmetallen sollte der Abstand mindestens das Sechsfache der Diagonalen (6d) betragen.
• Der Abstand zwischen einem Eindruck und der Probenkante sollte das 2,5- bis 3,5-fache von d betragen, wobei d die mittlere Eindruckdiagonale bezeichnet.

Für spezifische Anwendungen ist immer die entsprechende Knoop-Norm heranzuziehen, um die erforderlichen Abstände und Prüfbedingungen zu gewährleisten.

Knoop im Vergleich zu Vickers

Bei der Entscheidung, ob die Härteprüfung nach Knoop oder Vickers besser geeignet ist, sind einige Faktoren zu berücksichtigen.

• Die Eindringtiefe des Knoop-Eindringkörpers beträgt nur etwa die Hälfte der Vickers-Eindringtiefe, sodass die Prüfung nach Knoop besonders für spröde Werkstoffe, wie Keramik geeignet ist.
• Bei der Prüfung nach Knoop spielt die Oberflächenbeschaffenheit eine sehr viel größere Rolle, da der Eindringkörper weniger tief eindringt.
• Die Hauptdiagonale ist bei der Prüfung nach Knoop etwa dreimal länger als bei der Prüfung nach Vickers. Dadurch werden Fehler beim Auslesen der Eindringtiefe verhindert, was gerade bei kleinen Eindrücken beispielsweise bei geringer Prüfkraft oder harten Werkstoffen wichtig ist.
• Aufgrund der Geometrie des Eindringkörpers eignet sich die Prüfung nach Vickers eher für kleine, runde Bereiche, die Prüfung nach Knoop mehr für kleine, längliche Bereiche, wie Beschichtungen.
• Beide Prüfungen können auf denselben Prüfgeräten für den Mikrobereich durchgeführt werden.

Weitere Informationen über Härteprüfung nach Vickers

	Knoop (HK)	Vickers (HV)
Normen	ISO 4545, ASTM E384	ISO 6507, ASTM E384
Geometrie des Eindringkörpers	Längliche Diamantpyramide 172º	Symmetrische Diamantpyramide 136º
Form des Eindrucks	Rhombisch, lang und schmal	Quadratisch
Diagonalmessung	1 Diagonale	2 Diagonalen
Eindrucktiefe	1/30 der Diagonalen	1/7 der Diagonalen
Hauptanwendung	Dünne Schichten/Beschichtungen und spröden Werkstoffe (Keramik)	Universelle Methode mit breiter Akzeptanz und großem Kraftbereich, Industriestandard für CHD-, NHD- und SHD-Messungen und Schweißnähte
Einschränkungen	Weniger gebräuchlich in Industriestandards und -spezifikationen	Kleinere Diagonalen bei niedrigen Kräften können die Messunsicherheit erhöhen.

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