Brinell Härteprüfung

Einordnung, Ablauf, Unterscheidung und Praxisempfehlungen.

Einordnung der Brinell Härteprüfung

Die Brinell-Härteprüfung ist eine Methode zur Bestimmung der Härte von Werkstoffen. Sie wird mit einem Brinell-Härteprüfgerät durchgeführt:

Es gehört zu den genormten Verfahren (ISO 6506, ASTM E10).
Das Brinell-Verfahren hat einen Prüflastbereich von 1 bis 3000 kgf, das heißt mit diesem Verfahren lässt sich im Kleinlast- und vor allem im Makrobereich (konventionellen Bereich) Härte prüfen.
Es handelt sich um ein optisches Verfahren. Das heißt, zur Ermittlung des Härtewertes eines Prüfstückes wird die Eindrucksgröße gemessen, die der Eindringkörper hinterlässt.
Form und Material des Eindringkörpers: Der Eindringkörper ist eine Hartmetallkugel aus Wolframkarbid, die je nach Brinell-Methode einen Durchmesser von 1, 2.5, 5 oder 10 mm besitzt.

Ablauf des Brinell-Härteprüfverfahrens

Die Brinell-Härteprüfung zählt zu den klassischen optischen Prüfverfahren zur Ermittlung der Werkstoffhärte. Dabei wird die Größe des bleibenden Eindrucks analysiert, den ein kugelförmiger Brinell-Eindringkörper auf der Oberfläche eines Bauteils hinterlässt. Im Gegensatz zum Vickers-Verfahren, bei dem ein pyramidenförmiger Prüfkörper zum Einsatz kommt, verwendet das Brinell-Verfahren eine Kugel als Eindringkörper – typischerweise aus Hartmetall.

Die Härte eines Materials ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der aufgebrachten Prüfkraft und dem Durchmesser des Eindrucks. Je größer der Eindruck, den der Brinell-Eindringkörper bei konstanter Belastung hinterlässt, desto geringer ist die Materialhärte. Dieses Prüfverfahren eignet sich besonders für grobkörnige oder weiche Werkstoffe und liefert zuverlässige Ergebnisse bei der Bewertung der mechanischen Festigkeit.

Berechnung der Brinellhärte

Was gibt die Brinellhärte an?

Probenanforderungen beim Brinell-Verfahren

Brinell Methoden und Anwendungen

Das Brinell-Verfahren ist ein vielseitiges Härteprüfverfahren und eignet sich für Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Härtegraden – von weichen Metallen wie Aluminium, Zinn oder Blei bis hin zu härteren Werkstoffen wie Stahl oder Gusseisen.

Um vergleichbare Brinell-Härtewerte zu erhalten, müssen Prüfkraft und Kugeldurchmesser innerhalb desselben Beanspruchungsgrades aufeinander abgestimmt sein. So lässt sich die Brinell-Härteprüfung auch bei unterschiedlichen Werkstoffen und Prüfparametern normgerecht und präzise durchführen.

In der Praxis wird der Härtewert bei der Brinell-Prüfung nicht für jede Einzelmessung rechnerisch bestimmt. Stattdessen erfolgt die Ermittlung in der Regel über Tabellen oder eine entsprechende Prüfsoftware. Diese stellt den Härtewert in Abhängigkeit vom mittleren Eindrucksdurchmesser d für alle genormten Kugeldurchmesser und Prüflasten dar.

Die Auswahl der Prüfkraft muss so erfolgen, dass der durchschnittliche Eindrucksdurchmesser d im Bereich von 0,24 D bis 0,6 D liegt.

Um diesen Bereich sicher einzuhalten, ist eine Abstimmung von Prüfkraft und Kugeldurchmesser notwendig. Daraus ergeben sich unterschiedliche Beanspruchungsgrade – auch Belastungsgrade oder Lastfaktoren genannt – innerhalb des Brinell-Verfahrens. Der Belastungsgrad ergibt sich aus dem Quotienten von Prüfkraft und Kugeldurchmesserquadrat (B = 0,102 × F / D²) und bleibt innerhalb eines Beanspruchungsgrades konstant. Übliche Beanspruchungsgrade sind 1, 2,5, 5, 10 und 30. Wird ein Werkstoff mit verschiedenen Kugeldurchmessern und Kräften geprüft, muss dies innerhalb desselben Beanspruchungsgrades erfolgen, um vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Der Kugeldurchmesser ist dabei so zu wählen, dass der Prüfeindruck eine möglichst große, repräsentative Zone des Werkstoffs erfasst.

Gemäß ISO 6506 ist die Prüfkraft innerhalb von mindestens zwei bis maximal acht Sekunden aufzubringen. Die Einwirkdauer der Prüfkraft beträgt in der Regel 10 bis 15 Sekunden. Bei längerer Belastungsdauer muss diese in der Härteangabe ergänzt werden, beispielsweise: 210 HBW 5/250/30 (Einwirkdauer 30 s).

Wie liest und stellt man einen Brinell-Härtewert dar?

Vor- und Nachteile des Brinell-Verfahrens

Die Härteprüfung nach Brinell bietet folgende Vorteile:

Das Brinell-Verfahren eignet sich ideal für die Prüfung von inhomogenen Werkstoffen wie Guss, da der große Brinell-Eindringkörper mehrere Gefügebestandteile gleichzeitig erfasst und so einen aussagekräftigen Mittelwert liefert.
Durch die breite Auswahl an Kugeldurchmessern und Prüflasten lässt sich die Härteprüfung flexibel an verschiedenste Materialien und Anwendungsbereiche anpassen.
Der vergleichsweise große Eindruck erleichtert die optische Vermessung im Vergleich zu feinen Eindrücken anderer Verfahren wie Vickers.
Auch bei rauen oder unregelmäßigen Oberflächen liefert die Brinell-Härteprüfung verlässliche Ergebnisse – eine aufwendige Oberflächenvorbereitung ist oft nicht erforderlich.

Die Härteprüfung nach Brinell besitzt folgende Nachteile:

Für eine präzise optische Auswertung des Prüfeindrucks ist eine saubere und gut vorbereitete Prüfoberfläche notwendig – unbehandelte oder stark verunreinigte Stellen können das Messergebnis verfälschen.
Bei hohen Prüflasten im Makrobereich (z. B. HBW 10/3000) besteht das Risiko einer plastischen Verformung oder Wallbildung, was die Auswertung erschwert. Eine gleichmäßige Beleuchtung – etwa durch ein Ringlicht – ist daher essenziell, um den Eindruck korrekt zu beurteilen.
Die Brinell-Methode ist für sehr harte Werkstoffe oder besonders dünne Prüflinge nur eingeschränkt geeignet, da Mindestdicken einzuhalten sind.
Im Vergleich zu schnelleren Prüfverfahren wie Rockwell nimmt die Brinell-Härteprüfung mehr Zeit in Anspruch – inklusive Einwirkdauer und optischer Auswertung kann der Vorgang 30 bis 60 Sekunden oder mehr beanspruchen.