Knoop-Härtetest — ASTM E384 / ISO 4545

Was ist Knoop?

Der Knoop-Härtetest ist eine Mikrohärtemethode, bei der ein länglicher rhombischer Diamant-Eindringkörper mit einem Diagonalverhältnis von etwa 7:1 verwendet wird. Da es eine flache Vertiefung hinterlässt, wird es für sehr dünne Schichten und spröde Materialien bevorzugt.

Zweck von Knoop

Der Zweck besteht darin, die Härte von Materialien wie dünnen Beschichtungen, Glas und Keramik zu bestimmen, die zu dünn sind, als dass eine Vickers-Einkerbung hineinpassen würde.

Bei welchen Produkten wird Knoop angewendet?

Dünne Beschichtungen
Glas und Keramik
Oberflächengehärtete Schichten
Beschichtungen für Schneidwerkzeuge

In welchen Branchen wird Knoop eingesetzt?

MetallStahlMaschinenIndustrieausrüstungKunststoffe

Normen zu Knoop

ASTM E384
ISO 4545-1

Prüfbedingungen für Knoop

Eindringkörper: Längliche rhombische Diamantpyramide (Diagonalverhältnis ~7:1)
Laden: Im Allgemeinen Mikrolasten; ein Bereich von 10 gf – 1 kgf
Verweilzeit: Im Standard definiert, typischerweise 10–15 s
Oberfläche: Metallographisch poliert

Prüfgerät für Knoop

Mikrohärtemaschine (mit Knoop-Eindringkörper)
Optisches Messsystem mit hoher Vergrößerung
Probenvorbereitungsanlage
Referenzblöcke

Probenanforderungen für Knoop

Die Oberfläche muss poliert und frei von einer Verformungsschicht sein
Zur Beschichtungsmessung muss ggf. ein Querschnitt angefertigt werden
Die Anzahl der Messungen richtet sich nach der Anwendung

Dauer von Knoop

Die Messung ist kurz; Die Probenvorbereitung bestimmt die Gesamtdauer.

Ablauf von Knoop

1Das Exemplar ist poliert.
2Die entsprechende Mikrolast wird ausgewählt.
3Der Eindringkörper wird für die definierte Dauer gedrückt.
4Die lange Diagonale des Eindrucks wird gemessen und die Härte berechnet.
5Die Messung wird so oft wiederholt, wie erforderlich.

Annahmekriterien für Knoop

Der Akzeptanzbereich ist in der Produkt- bzw. Beschichtungsspezifikation angegeben.

Auswertung der Ergebnisse

Die Messung der langen Diagonale ist empfindlich; optische Klarheit und Polierqualität wirken sich direkt auf das Ergebnis aus. Verzogene oder rissige Vertiefungen sind von der Bewertung ausgeschlossen.

Prüfbericht zu Knoop

Standard angewendet
Lade- und Verweilzeit
Messpositionen
Individuelle Härtewerte

Akkreditierung

EUROLAB verfügt über eine international anerkannte Akkreditierung, die von Akkreditierungsstellen erhalten wurde, die Vertragspartei der multilateralen Anerkennungsvereinbarungen IAF und ILAC sind, gemäß ISO/IEC 17025 für Labortests, ISO/IEC 17020 für Inspektion und Überwachung sowie ISO/IEC 17021-1 und ISO/IEC 17065 für System- und Produktzertifizierung. Diese Kette stellt sicher, dass die ausgestellten Berichte und Zertifikate weltweit akzeptiert werden.

Ob dieser Test im akkreditierten Rahmen angeboten werden kann, hängt von Ihrem Produkt und der angewandten Norm ab; Da die Akkreditierung methodenbasiert erfolgt, wird der Umfang bereits im Angebotsstadium schriftlich bestätigt.

Geltungsbereich und Berechtigungen

Mekanik Testler — Was umfasst dieser Prüfbereich?

Der folgende Abschnitt beschreibt das Gebiet, zu dem der Test Knoop gehört; die Bedingungen und Abnahmekriterien dieses konkreten Tests stehen in den obigen Abschnitten. Der für Ihr Produkt spezifische Umfang wird schriftlich im Angebotsstadium festgelegt.

Mechanische Prüfungen messen, wie sich ein Werkstoff oder ein Bauteil unter Krafteinwirkung verhält. Die Familie reicht von statischer Belastung (Zug, Druck, Biegung) über zeitabhängiges Verhalten (Ermüdung, Kriechen) bis zu Härte und Verschleiß sowie Bruchzähigkeit.

Das gemeinsame Merkmal dieser Prüfungen ist, dass das Ergebnis als WERKSTOFFEIGENSCHAFT ausgewiesen wird. Streckgrenze oder Härte sind keine Konformitätsentscheidung; sie sind Zahlenwerte, mit denen Konstruktion und Produktnorm verglichen werden. Mechanische Prüfberichte sind daher meist Eingangsgröße für eine technische Entscheidung und nicht für eine Produktzulassung — Werkstoffauswahl, Sicherheitsfaktor, Lebensdauervorhersage.

Die Unterscheidung zwischen statischem und dynamischem Verhalten ist der Schlüssel zum Verständnis des Bereichs. Ein Bauteil kann unter statischer Last völlig unbelastet erscheinen und dennoch unter wiederholter Belastung brechen; der Ermüdungsbruch tritt bei Spannungen weit unter der Streckgrenze auf und gibt keine Vorwarnung. Bei rotierenden, schwingenden oder zyklisch belasteten Bauteilen ist eine Zugprüfung allein daher kein ausreichender Nachweis.

Die Prüfbedingungen bestimmen das Ergebnis, und dies ist entscheidend für die Lesbarkeit des Berichts: Probengeometrie, Belastungsgeschwindigkeit, Temperatur, Konditionierung und Einspannanordnung. Derselbe Werkstoff liefert unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Werte. Bei Kunststoffen ist der Geschwindigkeitseffekt sehr ausgeprägt, bei Metallen der Temperatureffekt; bei Verbundwerkstoffen verändert die Probenausrichtung das Ergebnis vollständig.

Härte ist die am häufigsten missbrauchte Messgröße in diesem Bereich. Da sie schnell, nahezu zerstörungsfrei und kostengünstig ist, wird sie oft anstelle der Festigkeit verwendet. Umrechnungstabellen von Härte zu Festigkeit existieren, sind aber NÄHERUNGSWEISE und hängen von der Werkstoffgruppe ab; sie als einziges Beweismittel bei der Werkstoffabnahme zu verwenden, ist falsch.

Der Bereich der Bruchmechanik erfordert eine besondere Kompetenz. Messungen der Bruchzähigkeit und der Ermüdungsrisswachstumsrate ermöglichen es zu berechnen, wie lange eine rissbehaftete Struktur hält; sie sind die Grundlage schadenstoleranter Auslegung in Bereichen wie Druckgeräten, Flugzeugstrukturen und Rohrleitungen.

Methodengruppen in diesem Bereich

Statische Prüfungen
Zug, Druck, Biegung, Scherung und Torsion. Streckgrenze und Zugfestigkeit, Dehnung und Elastizitätsmodul werden ermittelt.
Kerbschlagprüfungen
Charpy- und Izod-Kerbschlagbiegeversuch; das Sprödbruch-Zäh-Übergangsverhalten des Werkstoffs wird temperaturabhängig ermittelt.
Härte
Brinell, Vickers, Rockwell, Shore und Mikrohärte. Wertvoll für die Tiefe der Oberflächenbehandlung und lokale Festigkeitsunterschiede.
Ermüdung
Kraft- und dehnungsgesteuerte axiale Ermüdung, Biegeermüdung; Wöhlerkurven (S-N) und Dauerfestigkeitsgrenze.
Kriechen und Spannungsrelaxation
Verhalten unter Langzeitbelastung bei hoher Temperatur; entscheidend für Werkstoffe von Kesseln, Turbinen und Druckgeräten.
Bruchmechanik
Ebene-Dehnung-Bruchzähigkeit, J-Integral, CTOD und Ermüdungsrisswachstumsrate.
Verschleiß und Reibung
Taber- und Drehtrommel-Abrasion, Reibungskoeffizientenmessungen.

Häufig verwechselt in diesem Bereich

Die Berechnung der Festigkeit aus der Härte ist näherungsweise; sie kann nicht als alleiniger Nachweis bei der Werkstoffabnahme verwendet werden.
Ausreichende statische Festigkeit belegt nicht die Ermüdungsfestigkeit; ein zyklisch belastetes Bauteil erfordert eine gesonderte Prüfung.
Wird die Prüfgeschwindigkeit und -temperatur nicht angegeben, ist das Ergebnis nicht vergleichbar — insbesondere bei Polymeren und Verbundwerkstoffen.
Ein Prüfkörper und das tatsächliche Bauteil liefern möglicherweise nicht denselben Wert; Formfließrichtung, Bindenähte und Unterschiede in der Oberflächenbehandlung wirken sich alle aus.
Ein für einen Verbundwerkstoff angegebener Festigkeitswert ist ohne Angabe der Probenorientierung bedeutungslos.
Die ASTM- und ISO-Gegenstücke messen dieselbe Größe, verwenden aber unterschiedliche Probengeometrien; die Ergebnisse gelten nicht als direkt gleichwertig.

Welche Entscheidungen diese Ergebnisse unterstützen

Konstruktionsverifikation und Werkstoffauswahl
Wareneingangskontrolle und Lieferantenfreigabe
Erfüllung der mechanischen Anforderungen der Produktnorm
Fehleranalyse, Lebensdauervorhersage und Schadenstoleranzberechnung
Verifizierung von Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungsprozessen

Häufige Fragen zu Knoop

Wie wird eine Wahl zwischen Knoop und Vickers getroffen?

Bei gleicher Belastung ist ein Knoop-Eindruck flacher und länger, weshalb er bei sehr dünnen Schichten und spröden Materialien bevorzugt wird. Vickers wird häufiger verwendet und verfügt über umfangreichere Vergleichsdaten.

Knoop