Übersicht über die Härteprüfung von Präzisionsrollenketten

1. Überblick über die Härteprüfung von Präzisionsrollenketten

1.1 Grundlegende Eigenschaften von Präzisionsrollenketten
Präzisionsrollenketten sind eine in der mechanischen Kraftübertragung weit verbreitete Kettenart. Ihre grundlegenden Eigenschaften sind folgende:
Struktureller Aufbau: Eine Präzisionsrollenkette besteht aus innerem und äußerem Kettenblatt, Bolzen, Hülse und Rolle. Das innere und äußere Kettenblatt sind durch den Bolzen verbunden, die Hülse ist auf den Bolzen aufgesetzt und die Rolle befindet sich außerhalb der Hülse. Diese Konstruktion ermöglicht es der Kette, während der Kraftübertragung hohen Zug- und Stoßkräften standzuhalten.
Materialauswahl: Präzisionsrollenketten werden üblicherweise aus hochwertigem Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl, wie z. B. 45er Stahl, 20CrMnTi usw., gefertigt. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit und gute Verschleißfestigkeit aus und erfüllen somit die Einsatzanforderungen der Kette unter komplexen Arbeitsbedingungen.
Maßgenauigkeit: Die Anforderungen an die Maßgenauigkeit von Präzisionsrollenketten sind hoch. Die Maßtoleranzen für Teilung, Kettenblattdicke, Bolzenwellendurchmesser usw. werden üblicherweise innerhalb von ±0,05 mm gehalten. Hochpräzise Abmessungen gewährleisten den präzisen Eingriff von Kette und Kettenrad und reduzieren Übertragungsfehler und Geräusche.
Oberflächenbehandlung: Um die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Kette zu verbessern, werden Präzisionsrollenketten üblicherweise oberflächenbehandelt, z. B. durch Aufkohlen, Nitrieren, Verzinken usw. Durch Aufkohlen kann die Oberflächenhärte der Kette auf 58–62 HRC, durch Nitrieren auf 600–800 HV und durch Verzinken wird die Kette wirksam vor Rost geschützt.
1.2 Bedeutung der Härteprüfung
Die Härteprüfung ist von großer Bedeutung für die Qualitätskontrolle von Präzisionsrollenketten:
Sicherstellung der Kettenfestigkeit: Die Härte ist ein wichtiger Indikator für die Materialfestigkeit. Durch Härteprüfungen lässt sich gewährleisten, dass die Materialhärte der Präzisionsrollenkette den Konstruktionsanforderungen entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kette im Betrieb ausreichender Zug- und Stoßbelastung standhält und Kettenbruch oder Beschädigungen aufgrund unzureichender Materialfestigkeit vermieden werden.
Materialeigenschaften bewerten: Härteprüfungen geben Aufschluss über die Mikrostruktur und die Leistungsveränderungen des Materials. Beispielsweise ist die Oberflächenhärte einer Kette nach der Aufkohlungsbehandlung höher, während die Kernhärte relativ gering ist. Mithilfe von Härteprüfungen lassen sich Tiefe und Gleichmäßigkeit der aufgekohlten Schicht beurteilen, um so festzustellen, ob die Wärmebehandlung des Materials sinnvoll war.
Qualitätskontrolle in der Produktion: Bei der Herstellung von Präzisionsrollenketten ist die Härteprüfung ein effektives Mittel zur Qualitätssicherung. Durch die Prüfung der Härte von Rohmaterialien, Halbzeugen und Fertigprodukten lassen sich Produktionsprobleme wie Materialfehler oder unsachgemäße Wärmebehandlung frühzeitig erkennen. So können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um die Stabilität und Konsistenz der Produktqualität zu verbessern und sicherzustellen.
Verlängerung der Lebensdauer: Härteprüfungen tragen zur Optimierung der Werkstoffe und Fertigungsprozesse von Präzisionsrollenketten bei und verbessern so deren Verschleiß- und Dauerfestigkeit. Die hochharte Kettenoberfläche widersteht Verschleiß besser, reduziert die Reibungsverluste zwischen Kette und Kettenrad, verlängert die Lebensdauer der Kette und senkt die Wartungskosten der Anlage.
Einhaltung von Industriestandards: In der Maschinenbauindustrie müssen Präzisionsrollenketten hinsichtlich ihrer Härte in der Regel relevanten nationalen oder internationalen Normen entsprechen. Beispielsweise legt die Norm GB/T 1243-2006 „Rollenketten, Buchsenrollenketten und Zahnketten“ den Härtebereich für Präzisionsrollenketten fest. Durch Härteprüfungen kann sichergestellt werden, dass das Produkt die Normvorgaben erfüllt und seine Wettbewerbsfähigkeit am Markt verbessert wird.

2. Härteprüfnormen

2.1 Inländische Prüfstandards
Mein Land hat eine Reihe klarer und strenger Normen für die Härteprüfung von Präzisionsrollenketten formuliert, um sicherzustellen, dass die Produktqualität den Anforderungen entspricht.
Standardgrundlage: Hauptsächlich basierend auf GB/T 1243-2006 „Rollenketten, Buchsenrollenketten und Zahnketten“ und anderen relevanten nationalen Normen. Diese Normen legen den Härtebereich von Präzisionsrollenketten fest. Beispielsweise sollte bei Präzisionsrollenketten aus Stahl 45 die Härte der Bolzen und Buchsen im Allgemeinen zwischen 229 und 285 HBW liegen; bei einsatzgehärteten Ketten muss die Oberflächenhärte 58 bis 62 HRC erreichen, und die Tiefe der Einsatzhärtungsschicht ist ebenfalls klar definiert und beträgt üblicherweise 0,8 bis 1,2 mm.
Prüfverfahren: Gemäß den nationalen Normen wird für die Härteprüfung die Verwendung eines Brinell- oder Rockwell-Härteprüfgeräts empfohlen. Das Brinell-Härteprüfgerät eignet sich für die Prüfung von Rohmaterialien und Halbzeugen mit geringer Härte, wie z. B. unbehandelte Kettenglieder. Der Härtewert wird durch Aufbringen einer bestimmten Last auf die Materialoberfläche und Messung des Eindruckdurchmessers ermittelt. Das Rockwell-Härteprüfgerät wird häufig zur Prüfung von fertigen, wärmebehandelten Ketten, wie z. B. einsatzgehärteten Bolzen und Hülsen, eingesetzt. Es zeichnet sich durch hohe Messgeschwindigkeit, einfache Bedienung und die direkte Ablesbarkeit des Härtewerts aus.
Probenahme und Teileprüfung: Gemäß den Normen ist aus jeder Charge von Präzisionsrollenketten eine bestimmte Anzahl von Stichproben zufällig für die Prüfung auszuwählen. An jeder Kette ist die Härte verschiedener Teile wie Innen- und Außenlasche, Bolzen, Hülse und Rolle separat zu prüfen. Beispielsweise ist beim Bolzen jeweils ein Prüfpunkt in der Mitte und an beiden Enden zu entnehmen, um die Vollständigkeit und Genauigkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Ergebnisermittlung: Die Prüfergebnisse müssen strikt gemäß dem in der Norm festgelegten Härtebereich ermittelt werden. Überschreitet der Härtewert des Prüfteils den in der Norm festgelegten Bereich, beispielsweise liegt die Härte des Bolzens unter 229 HBW oder über 285 HBW, gilt die Kette als nicht normgerecht und muss einer erneuten Wärmebehandlung oder anderen entsprechenden Behandlungsmaßnahmen unterzogen werden, bis der Härtewert den Normanforderungen entspricht.

2.2 Internationale Prüfnormen
Weltweit existieren auch entsprechende Standardsysteme für die Härteprüfung von Präzisionsrollenketten, und diese Standards genießen auf dem internationalen Markt großen Einfluss und Anerkennung.
Die ISO-Norm ISO 606 „Ketten und Kettenräder – Rollenketten und Buchsenrollenketten – Maße, Toleranzen und grundlegende Eigenschaften“ ist eine der weltweit am häufigsten verwendeten Normen für Präzisionsrollenketten. Diese Norm enthält detaillierte Bestimmungen zur Härteprüfung von Präzisionsrollenketten. So liegt der Härtebereich für Präzisionsrollenketten aus legiertem Stahl üblicherweise zwischen 241 und 321 HBW; bei nitrierten Ketten muss die Oberflächenhärte 600 bis 800 HV erreichen, und die Tiefe der Nitrierschicht muss 0,3 bis 0,6 mm betragen.
Prüfverfahren: Internationale Normen empfehlen die Verwendung von Brinell-, Rockwell- und Vickers-Härteprüfgeräten. Das Vickers-Härteprüfgerät eignet sich aufgrund seiner geringen Eindringtiefe besonders für die Prüfung von Teilen mit hoher Oberflächenhärte, wie beispielsweise der Rollenoberfläche nach dem Nitrieren von Präzisionsrollenketten. Es ermöglicht eine präzisere Härtemessung, insbesondere bei kleinen und dünnwandigen Bauteilen.
Probenahme und Prüfort: Die in internationalen Normen geforderte Probenahmemenge und der Prüfort ähneln denen nationaler Normen, die Auswahl der Prüforte ist jedoch detaillierter. Beispielsweise müssen bei der Härteprüfung von Rollen Proben am Außenumfang und an den Stirnflächen der Rollen entnommen und geprüft werden, um die Härtegleichmäßigkeit umfassend zu bewerten. Darüber hinaus sind Härteprüfungen auch an den Verbindungsteilen der Kette, wie z. B. Kettengliedern und Bolzen, erforderlich, um die Festigkeit und Zuverlässigkeit der gesamten Kette zu gewährleisten.
Ergebnisbeurteilung: Internationale Normen sind bei der Beurteilung von Härteprüfungsergebnissen strenger. Entspricht das Prüfergebnis nicht den Normen, wird die Kette nicht nur als unqualifiziert eingestuft, sondern es müssen auch weitere Ketten derselben Charge einer Doppelprüfung unterzogen werden. Sind nach der Doppelprüfung weiterhin unqualifizierte Produkte vorhanden, muss die gesamte Charge nachbearbeitet werden, bis die Härte aller Ketten den Normen entspricht. Dieser strenge Beurteilungsmechanismus gewährleistet effektiv die Qualität und Zuverlässigkeit von Präzisionsrollenketten auf dem internationalen Markt.

3. Härteprüfverfahren

3.1 Rockwell-Härteprüfverfahren
Das Rockwell-Härteprüfverfahren ist eines der am weitesten verbreiteten Härteprüfverfahren der Gegenwart und eignet sich besonders gut zur Prüfung der Härte von Metallwerkstoffen wie z. B. Präzisionsrollenketten.
Prinzip: Bei diesem Verfahren wird die Härte durch Messung der Eindringtiefe eines unter Last in die Materialoberfläche eingedrückten Eindringkörpers (Diamantkegel oder Hartmetallkugel) bestimmt. Es zeichnet sich durch einfache und schnelle Handhabung aus und ermöglicht die direkte Ablesung des Härtewertes ohne komplexe Berechnungen und Messgeräte.
Anwendungsbereich: Zur Prüfung von Präzisionsrollenketten wird hauptsächlich das Rockwell-Härteprüfverfahren eingesetzt, um die Härte von fertigen Kettenteilen nach der Wärmebehandlung, wie z. B. Bolzen und Hülsen, zu messen. Diese Teile weisen nach der Wärmebehandlung eine höhere Härte auf und sind relativ groß, wodurch sie sich gut für die Prüfung mit einem Rockwell-Härteprüfgerät eignen.
Prüfgenauigkeit: Die Rockwell-Härteprüfung zeichnet sich durch hohe Genauigkeit aus und bildet Härteänderungen des Materials präzise ab. Der Messfehler liegt üblicherweise innerhalb von ±1 HRC und erfüllt somit die Anforderungen an präzise Härteprüfungen von Rollenketten.
Praktische Anwendung: Im praktischen Einsatz verwendet das Rockwell-Härteprüfgerät üblicherweise die HRC-Skala, die sich für die Prüfung von Werkstoffen mit einer Härte von 20–70 HRC eignet. Beispielsweise liegt die Oberflächenhärte eines aufgekohlten Bolzens einer Präzisionsrollenkette üblicherweise zwischen 58 und 62 HRC. Das Rockwell-Härteprüfgerät kann diesen Härtewert schnell und präzise messen und liefert somit eine zuverlässige Grundlage für die Qualitätskontrolle.

3.2 Brinell-Härteprüfverfahren
Das Brinell-Härteprüfverfahren ist ein klassisches Härteprüfverfahren, das bei der Härtemessung verschiedener Metallwerkstoffe, einschließlich der Rohmaterialien und Halbzeuge von Präzisionsrollenketten, weit verbreitet ist.
Prinzip: Bei diesem Verfahren wird eine gehärtete Stahlkugel oder Hartmetallkugel mit einem bestimmten Durchmesser unter Einwirkung einer festgelegten Last in die Oberfläche des Materials gepresst und für eine bestimmte Zeit gehalten. Anschließend wird die Last entfernt, der Durchmesser des Eindrucks gemessen und der Härtewert durch Berechnung des durchschnittlichen Drucks auf die Kugeloberfläche des Eindrucks bestimmt.
Anwendungsbereich: Das Brinell-Härteprüfverfahren eignet sich zur Prüfung von Metallwerkstoffen mit geringerer Härte, wie beispielsweise Rohmaterialien für Präzisionsrollenketten (z. B. Stahl 45) und nicht wärmebehandelte Halbzeuge. Charakteristisch für das Verfahren sind die großen Eindrücke, die die makroskopischen Härteeigenschaften des Materials widerspiegeln und sich daher zur Messung von Werkstoffen im mittleren Härtebereich eignen.
Messgenauigkeit: Die Brinellhärteprüfung ist relativ genau, der Messfehler liegt üblicherweise innerhalb von ±2 %. Die Messgenauigkeit des Eindruckdurchmessers beeinflusst direkt die Genauigkeit des Härtewertes, weshalb im praktischen Einsatz hochpräzise Messgeräte wie Ablesemikroskope erforderlich sind.
Praktische Anwendung: Bei der Fertigung von Präzisionsrollenketten wird häufig die Brinellhärteprüfung eingesetzt, um die Härte der Rohmaterialien zu testen und sicherzustellen, dass sie den Konstruktionsvorgaben entsprechen. Beispielsweise sollte die Härte der Rohmaterialien für Präzisionsrollenketten aus Stahl 45 im Allgemeinen zwischen 170 und 230 HBW liegen. Mithilfe der Brinellhärteprüfung lässt sich der Härtewert der Rohmaterialien genau messen, und nicht normgerechte Materialien können rechtzeitig erkannt werden. Dadurch wird verhindert, dass ungeeignete Materialien in die nachfolgenden Produktionsschritte gelangen.

3.3 Vickers-Härteprüfverfahren
Das Vickers-Härteprüfverfahren eignet sich zur Messung der Härte von kleinen und dünnwandigen Teilen und bietet einzigartige Vorteile bei der Härteprüfung von Präzisionsrollenketten.
Prinzip: Bei diesem Verfahren wird ein Diamanttetraeder mit einem Spitzenwinkel von 136° unter einer bestimmten Last in die Oberfläche des zu prüfenden Materials gepresst, die Last für eine festgelegte Zeit gehalten und anschließend entfernt. Dabei wird die Diagonallänge des Eindrucks gemessen und der Härtewert durch Berechnung des durchschnittlichen Drucks auf die konische Oberfläche des Eindrucks ermittelt.
Anwendungsbereich: Das Vickers-Härteprüfverfahren eignet sich zur Messung von Werkstoffen mit einem breiten Härtebereich, insbesondere zur Prüfung von Bauteilen mit hoher Oberflächenhärte an Präzisionsrollenketten, wie beispielsweise der Oberfläche von Rollen nach dem Nitrieren. Die geringe Eindringtiefe ermöglicht die präzise Messung der Härte von kleinen und dünnwandigen Bauteilen und ist daher ideal für Prüfungen mit hohen Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Oberflächenhärte.
Detektionsgenauigkeit: Die Vickers-Härteprüfung zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit aus, der Messfehler liegt üblicherweise innerhalb von ±1 HV. Die Messgenauigkeit der Diagonalenlänge des Eindrucks ist entscheidend für die Genauigkeit des Härtewertes, weshalb für die Messung ein hochpräzises Messmikroskop erforderlich ist.
Praktische Anwendung: Bei der Härteprüfung von Präzisionsrollenketten wird häufig das Vickers-Härteprüfverfahren zur Bestimmung der Oberflächenhärte der Rollen eingesetzt. Beispielsweise muss die Oberflächenhärte nitrierter Rollen 600–800 HV erreichen. Mithilfe der Vickers-Härteprüfung lassen sich die Härtewerte an verschiedenen Stellen der Rollenoberfläche präzise messen und die Tiefe und Gleichmäßigkeit der Nitrierschicht beurteilen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Oberflächenhärte der Rolle den Konstruktionsanforderungen entspricht und die Verschleißfestigkeit sowie die Lebensdauer der Kette verbessert werden.

4. Härteprüfgerät

4.1 Instrumententyp und Funktionsprinzip
Härteprüfgeräte sind ein wichtiges Werkzeug, um die Genauigkeit der Härteprüfung von Präzisionsrollenketten sicherzustellen. Gängige Härteprüfgeräte lassen sich im Wesentlichen in folgende Typen einteilen:
Brinell-Härteprüfgerät: Das Funktionsprinzip beruht darauf, eine gehärtete Stahlkugel oder Hartmetallkugel mit einem bestimmten Durchmesser unter einer vorgegebenen Last in die Oberfläche des Materials einzudrücken, die Last für eine bestimmte Zeit zu halten und anschließend zu entfernen. Der Härtewert wird durch Messung des Eindruckdurchmessers ermittelt. Das Brinell-Härteprüfgerät eignet sich für die Prüfung von Metallwerkstoffen mit geringerer Härte, wie z. B. Rohmaterialien für Präzisionsrollenketten und nicht wärmebehandelte Halbzeuge. Charakteristisch ist der große Eindruck, der die makroskopischen Härteeigenschaften des Materials widerspiegelt. Es eignet sich zur Messung von Werkstoffen im mittleren Härtebereich, wobei der Messfehler in der Regel innerhalb von ±2 % liegt.
Rockwell-Härteprüfgerät: Dieses Gerät bestimmt den Härtewert durch Messung der Eindringtiefe eines Eindringkörpers (Diamantkegel oder Hartmetallkugel) in die Materialoberfläche unter einer bestimmten Last. Das Rockwell-Härteprüfgerät ist einfach und schnell zu bedienen und liefert den Härtewert direkt, ohne dass komplexe Berechnungen oder Messgeräte erforderlich sind. Es wird hauptsächlich zur Härteprüfung von fertigen Ketten nach der Wärmebehandlung, wie z. B. Bolzen und Hülsen, eingesetzt. Der Messfehler liegt üblicherweise innerhalb von ±1 HRC und erfüllt somit die Anforderungen an präzise Härteprüfungen von Rollenketten.
Vickers-Härteprüfgerät: Das Vickers-Härteprüfgerät arbeitet nach dem Prinzip, eine diamantförmige Viereckpyramide mit einem Spitzenwinkel von 136° unter einer bestimmten Last in die Oberfläche des zu prüfenden Materials einzudrücken, die Last für eine festgelegte Zeit zu halten, die Last zu entfernen, die Diagonale des Eindrucks zu messen und den Härtewert durch Berechnung des mittleren Drucks auf die Kegelfläche des Eindrucks zu bestimmen. Das Vickers-Härteprüfgerät eignet sich für die Messung von Werkstoffen mit einem breiten Härtebereich, insbesondere für die Prüfung von Teilen mit hoher Oberflächenhärte, wie z. B. Präzisionsrollenketten, etwa der Rollenoberfläche nach dem Nitrieren. Der Eindruck ist klein, wodurch die Härte kleiner und dünnwandiger Teile präzise gemessen werden kann. Der Messfehler liegt in der Regel innerhalb von ±1 HV.

4.2 Instrumentenauswahl und Kalibrierung
Die Auswahl eines geeigneten Härteprüfgeräts und dessen genaue Kalibrierung sind die Grundlage für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse:
Geräteauswahl: Wählen Sie ein geeignetes Härteprüfgerät entsprechend den Prüfanforderungen von Präzisionsrollenketten. Für Rohmaterialien und Halbzeuge ohne Wärmebehandlung empfiehlt sich ein Brinell-Härteprüfgerät; für wärmebehandelte Fertigketten wie Bolzen und Hülsen ein Rockwell-Härteprüfgerät; und für Teile mit hoher Oberflächenhärte, wie z. B. die Rollenoberfläche nach dem Nitrieren, ein Vickers-Härteprüfgerät. Zusätzlich sollten Faktoren wie Genauigkeit, Messbereich und Bedienkomfort des Geräts berücksichtigt werden, um den Anforderungen der verschiedenen Prüfglieder gerecht zu werden.
Gerätekalibrierung: Härteprüfgeräte müssen vor Gebrauch kalibriert werden, um die Genauigkeit der Messergebnisse zu gewährleisten. Die Kalibrierung sollte von einer qualifizierten Kalibrierstelle oder Fachpersonal gemäß den geltenden Normen und Spezifikationen durchgeführt werden. Die Kalibrierung umfasst die Lastgenauigkeit des Geräts, die Größe und Form des Eindringkörpers, die Genauigkeit der Messeinrichtung usw. Der Kalibrierzyklus richtet sich in der Regel nach der Nutzungshäufigkeit und der Stabilität des Geräts und beträgt üblicherweise 6 Monate bis 1 Jahr. Qualifizierte, kalibrierte Geräte sollten mit einem Kalibrierzertifikat versehen sein. Kalibrierdatum und Gültigkeitsdauer sollten auf dem Gerät vermerkt sein, um die Zuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten.

5. Härteprüfverfahren

5.1 Probenvorbereitung und -verarbeitung
Die Probenvorbereitung ist das grundlegende Glied in der Kette der Präzisionshärteprüfung von Rollenketten und beeinflusst direkt die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Testergebnisse.
Probenahmemenge: Gemäß den Anforderungen der nationalen Norm GB/T 1243-2006 und der internationalen Norm ISO 606 ist aus jeder Charge von Präzisionsrollenketten eine bestimmte Anzahl von Proben für die Prüfung zufällig auszuwählen. Üblicherweise werden 3–5 Ketten pro Charge als Prüfmuster ausgewählt, um die Repräsentativität der Proben zu gewährleisten.
Probenahmeort: Für jede Kette wird die Härte verschiedener Teile wie Innen- und Außengliederplatte, Bolzenwelle, Hülse und Rolle separat geprüft. Beispielsweise wird bei der Bolzenwelle jeweils ein Prüfpunkt in der Mitte und an beiden Enden entnommen; bei der Rolle werden der Außenumfang und die Stirnfläche separat beprobt und geprüft, um die Härtegleichmäßigkeit der einzelnen Komponenten umfassend zu bewerten.
Probenvorbereitung: Die Probenoberfläche muss sauber, eben und frei von Öl, Rost und anderen Verunreinigungen sein. Proben mit Oxidschichten oder Beschichtungen müssen vorab gereinigt oder entfernt werden. Beispielsweise muss bei verzinkten Ketten die Verzinkungsschicht vor der Härteprüfung entfernt werden.

5.2 Schritte der Testdurchführung
Die einzelnen Schritte des Prüfverfahrens sind der Kern des Härteprüfprozesses und müssen strikt nach Normen und Spezifikationen durchgeführt werden, um die Genauigkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Geräteauswahl und Kalibrierung: Wählen Sie das geeignete Härteprüfgerät entsprechend dem Härtebereich und den Materialeigenschaften des Prüflings. Beispielsweise eignen sich für einsatzgehärtete Stifte und Hülsen Rockwell-Härteprüfgeräte, für Rohmaterialien und Halbzeuge ohne Wärmebehandlung Brinell-Härteprüfgeräte und für Walzen mit hoher Oberflächenhärte Vickers-Härteprüfgeräte. Vor der Prüfung muss das Härteprüfgerät kalibriert werden, um sicherzustellen, dass die Lastgenauigkeit, die Größe und Form des Eindringkörpers sowie die Genauigkeit des Messgeräts den Anforderungen entsprechen. Qualifizierte, kalibrierte Geräte müssen mit einem Kalibrierzertifikat versehen sein, auf dem Kalibrierdatum und Gültigkeitsdauer vermerkt sind.
Prüfvorgang: Legen Sie die Probe so auf den Prüfstand des Härteprüfgeräts, dass die Probenoberfläche senkrecht zum Eindringkörper steht. Befolgen Sie die Anweisungen des gewählten Härteprüfverfahrens. Bringen Sie die Last an und halten Sie sie für die vorgegebene Zeit. Entfernen Sie anschließend die Last und messen Sie die Größe bzw. Tiefe des Eindrucks. Bei der Rockwell-Härteprüfung wird beispielsweise ein Diamantkegel oder eine Hartmetallkugel mit einer bestimmten Last (z. B. 150 kgf) in die Oberfläche des Prüfmaterials gedrückt. Nach 10–15 Sekunden wird die Last entfernt und der Härtewert direkt abgelesen. Bei der Brinell-Härteprüfung wird eine gehärtete Stahlkugel oder Hartmetallkugel mit einem bestimmten Durchmesser unter einer vorgegebenen Last (z. B. 3000 kgf) in die Oberfläche des Prüfmaterials gedrückt. Nach 10–15 Sekunden wird die Last entfernt. Der Eindruckdurchmesser wird mit einem Mikroskop gemessen und der Härtewert berechnet.
Wiederholte Prüfung: Um die Zuverlässigkeit der Testergebnisse zu gewährleisten, sollte jeder Messpunkt mehrmals wiederholt geprüft werden. Der Mittelwert dient als endgültiges Testergebnis. Normalerweise sollte jeder Messpunkt 3- bis 5-mal geprüft werden, um Messfehler zu minimieren.

5.3 Datenerfassung und -analyse
Die Datenerfassung und -analyse bildet den letzten Schritt im Härteprüfungsprozess. Durch die Auswertung und Analyse der Prüfdaten lassen sich wissenschaftlich fundierte Schlussfolgerungen ziehen, die die Grundlage für die Produktqualitätskontrolle bilden.
Datenerfassung: Alle während des Prüfprozesses erhobenen Daten sind detailliert im Prüfbericht zu dokumentieren. Dies umfasst die Probennummer, den Prüfort, die Prüfmethode, den Härtewert, das Prüfdatum, das Prüfpersonal und weitere Informationen. Die Datenerfassung muss klar, präzise und vollständig sein, um die spätere Verwendung und Analyse zu erleichtern.
Datenanalyse: Statistische Auswertung der Testdaten, Berechnung statistischer Parameter wie des mittleren Härtewerts und der Standardabweichung jedes Messpunktes sowie Bewertung der Gleichmäßigkeit und Konsistenz der Härte. Beispiel: Beträgt die mittlere Härte der Bolzen einer Charge Präzisionsrollenketten 250 HBW und die Standardabweichung 5 HBW, ist die Härte der Kettencharge relativ gleichmäßig und die Qualitätskontrolle gut. Ist die Standardabweichung hingegen hoch, können Qualitätsschwankungen im Produktionsprozess vorliegen, die eine weitere Ursachenforschung und die Entwicklung von Verbesserungsmaßnahmen erfordern.
Ergebnisermittlung: Die Prüfergebnisse werden mit dem in nationalen oder internationalen Normen festgelegten Härtebereich verglichen, um die Eignung der Probe zu bestimmen. Liegt der Härtewert an der Prüfstelle über dem in der Norm festgelegten Bereich (z. B. ist die Härte des Bolzens niedriger als 229 HBW oder höher als 285 HBW), gilt die Kette als nicht konform und muss einer erneuten Wärmebehandlung oder anderen entsprechenden Behandlungsmaßnahmen unterzogen werden, bis der Härtewert den Normvorgaben entspricht. Die Mängel nicht konformer Produkte sind detailliert zu dokumentieren und die Ursachen zu analysieren, um gezielte Verbesserungsmaßnahmen zur Steigerung der Produktqualität einzuleiten.

6. Faktoren, die den Härtetest beeinflussen

6.1 Einfluss der Testumgebung

Die Testumgebung hat einen wichtigen Einfluss auf die Genauigkeit der Härteprüfungsergebnisse von Präzisionsrollenketten.

Temperatureinfluss: Temperaturänderungen beeinflussen die Genauigkeit des Härteprüfgeräts und die Härte des Materials. Beispielsweise können sich die mechanischen Teile und elektronischen Komponenten des Härteprüfgeräts bei zu hoher oder zu niedriger Umgebungstemperatur aufgrund von Wärme ausdehnen bzw. zusammenziehen, was zu Messfehlern führt. Im Allgemeinen liegt der optimale Betriebstemperaturbereich für Brinell-, Rockwell- und Vickers-Härteprüfgeräte zwischen 10 °C und 35 °C. Wird dieser Bereich überschritten, kann der Messfehler des Härteprüfgeräts um ca. ±1 HRC bzw. ±2 HV ansteigen. Gleichzeitig darf der Einfluss der Temperatur auf die Härte des Materials nicht vernachlässigt werden. So kann beispielsweise die Härte von Präzisionsrollenketten aus Stahl der Festigkeitsklasse 45 bei niedrigen Temperaturen leicht ansteigen, während sie bei hohen Temperaturen abnimmt. Daher sollten Härteprüfungen möglichst in einer Umgebung mit konstanter Temperatur durchgeführt und die Umgebungstemperatur zum Zeitpunkt der Prüfung dokumentiert werden, um die Prüfergebnisse gegebenenfalls korrigieren zu können.
Einfluss der Luftfeuchtigkeit: Der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Härteprüfung zeigt sich hauptsächlich in den elektronischen Bauteilen des Härteprüfgeräts und der Probenoberfläche. Zu hohe Luftfeuchtigkeit kann die elektronischen Bauteile des Härteprüfgeräts befeuchten und dadurch dessen Messgenauigkeit und -stabilität beeinträchtigen. Beispielsweise kann sich bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von über 80 % der Messfehler des Härteprüfgeräts um etwa ±0,5 HRC oder ±1 HV erhöhen. Darüber hinaus kann sich auf der Probenoberfläche ein Wasserfilm bilden, der den Kontakt zwischen dem Eindringkörper des Härteprüfgeräts und der Probenoberfläche beeinträchtigt und somit ebenfalls zu Messfehlern führt. Für die Härteprüfung von Präzisionsrollenketten wird eine relative Luftfeuchtigkeit von 30 % bis 70 % empfohlen, um die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Einfluss von Vibrationen: Vibrationen in der Prüfumgebung beeinträchtigen die Härteprüfung. Beispielsweise können Vibrationen, die durch den Betrieb nahegelegener Bearbeitungsmaschinen entstehen, während des Messvorgangs zu einer leichten Verschiebung des Eindringkörpers des Härteprüfgeräts führen, was Messfehler zur Folge hat. Vibrationen können auch die Genauigkeit der Lastaufbringung und die Stabilität des Härteprüfgeräts beeinträchtigen und somit die Genauigkeit des Härtewertes mindern. Im Allgemeinen kann sich der Messfehler bei Härteprüfungen in einer Umgebung mit starken Vibrationen um etwa ±0,5 HRC oder ±1 HV erhöhen. Daher sollten Sie bei Härteprüfungen einen Standort fernab der Vibrationsquelle wählen und geeignete Maßnahmen zur Vibrationsreduzierung ergreifen, z. B. die Installation eines Vibrationsdämpfungspads an der Unterseite des Härteprüfgeräts, um den Einfluss von Vibrationen auf die Prüfergebnisse zu minimieren.

6.2 Einfluss des Bedieners
Das professionelle Niveau und die Arbeitsweise des Bedieners haben einen wichtigen Einfluss auf die Genauigkeit der Härteprüfungsergebnisse von Präzisionsrollenketten.
Bedienerkenntnisse: Die Erfahrung des Bedieners im Umgang mit Härteprüfgeräten beeinflusst die Genauigkeit der Prüfergebnisse maßgeblich. Beispielsweise muss bei einem Brinell-Härteprüfgerät der Bediener den Eindruckdurchmesser präzise messen, da Messfehler zu Abweichungen im Härtewert führen können. Ist der Bediener mit der Bedienung des Messgeräts nicht vertraut, kann sich der Messfehler um etwa ±2 % erhöhen. Bei Rockwell- und Vickers-Härteprüfgeräten muss der Bediener die Last korrekt aufbringen und den Härtewert ablesen. Eine unsachgemäße Bedienung kann den Messfehler um etwa ±1 HRC bzw. ±1 HV erhöhen. Daher sollte der Bediener eine professionelle Schulung absolvieren und die Bedienungsmethoden und Sicherheitsvorkehrungen des Härteprüfgeräts beherrschen, um die Genauigkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Prüferfahrung: Die Prüferfahrung des Bedieners beeinflusst die Genauigkeit der Härteprüfergebnisse. Erfahrene Bediener können auftretende Probleme während der Prüfung besser erkennen und entsprechende Maßnahmen ergreifen. Beispielsweise können sie bei einem abweichenden Härtewert anhand ihrer Erfahrung und ihres Fachwissens beurteilen, ob ein Problem mit der Probe selbst, dem Prüfvorgang oder dem Gerät vorliegt, und rechtzeitig reagieren. Unerfahrene Bediener hingegen reagieren möglicherweise falsch auf abweichende Ergebnisse, was zu Fehlinterpretationen führen kann. Unternehmen sollten daher die Prüferfahrung ihrer Bediener fördern und deren Prüfkompetenz durch regelmäßige Schulungen und Übungen verbessern.
Verantwortung: Die Verantwortung der Bediener ist entscheidend für die Genauigkeit der Härteprüfergebnisse. Verantwortungsbewusste Bediener halten sich strikt an die Normen und Spezifikationen, erfassen die Prüfdaten sorgfältig und analysieren die Ergebnisse gewissenhaft. Beispielsweise muss der Bediener während der Prüfung jeden Messpunkt mehrmals wiederholen und den Mittelwert als Endergebnis verwenden. Fehlt es dem Bediener an Verantwortungsbewusstsein, werden diese Wiederholungsschritte möglicherweise ausgelassen, was die Zuverlässigkeit der Ergebnisse beeinträchtigt. Unternehmen sollten daher die Schulung ihrer Bediener in puncto Verantwortungsbewusstsein intensivieren, um die Sorgfalt und Genauigkeit der Prüfarbeiten zu gewährleisten.

6.3 Auswirkungen der Gerätegenauigkeit
Die Genauigkeit des Härteprüfgeräts ist ein Schlüsselfaktor, der die Genauigkeit der Härteprüfergebnisse von Präzisionsrollenketten beeinflusst.
Gerätegenauigkeit: Die Genauigkeit des Härteprüfgeräts beeinflusst direkt die Genauigkeit der Prüfergebnisse. Beispielsweise liegt der Messfehler des Brinell-Härteprüfgeräts üblicherweise innerhalb von ±2 %, der des Rockwell-Härteprüfgeräts innerhalb von ±1 HRC und der des Vickers-Härteprüfgeräts innerhalb von ±1 HV. Entspricht die Genauigkeit des Geräts nicht den Anforderungen, kann die Genauigkeit der Prüfergebnisse nicht gewährleistet werden. Daher sollte bei der Auswahl eines Härteprüfgeräts auf hohe Genauigkeit und Stabilität geachtet werden. Regelmäßige Kalibrierung und Wartung sind erforderlich, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit des Geräts den Prüfanforderungen entspricht.
Gerätekalibrierung: Die Kalibrierung des Härteprüfgeräts ist die Grundlage für die Genauigkeit der Prüfergebnisse. Sie sollte von einer qualifizierten Kalibrierstelle oder Fachpersonal gemäß den geltenden Normen und Spezifikationen durchgeführt werden. Die Kalibrierung umfasst unter anderem die Lastgenauigkeit des Geräts, die Größe und Form des Eindringkörpers sowie die Genauigkeit der Messeinrichtung. Der Kalibrierzyklus richtet sich in der Regel nach der Nutzungshäufigkeit und der Stabilität des Geräts und beträgt üblicherweise sechs Monate bis ein Jahr. Qualifizierte, kalibrierte Geräte werden mit einem Kalibrierzertifikat geliefert, auf dem Kalibrierdatum und Gültigkeitsdauer vermerkt sind. Ist das Gerät nicht kalibriert oder schlägt die Kalibrierung fehl, kann die Genauigkeit der Prüfergebnisse nicht gewährleistet werden. Beispielsweise kann ein nicht kalibriertes Härteprüfgerät den Messfehler um etwa ±2 HRC oder ±5 HV erhöhen.
Gerätewartung: Die Wartung von Härteprüfgeräten ist entscheidend für die Genauigkeit der Prüfergebnisse. Im Laufe der Nutzung kann sich die Genauigkeit durch mechanischen Verschleiß, Alterung elektronischer Bauteile usw. verändern. Unternehmen sollten daher ein umfassendes Wartungssystem einrichten und die Geräte regelmäßig warten und instand halten. Dazu gehören beispielsweise die regelmäßige Reinigung der optischen Linse, die Überprüfung des Verschleißes des Eindringkörpers und die Kalibrierung des Kraftsensors. Durch regelmäßige Wartung können Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden, um die Genauigkeit und Stabilität des Geräts zu gewährleisten.

7. Ermittlung und Anwendung der Ergebnisse von Härteprüfungen

7.1 Standard zur Ergebnisermittlung
Die Ermittlung der Härteprüfungsergebnisse von Präzisionsrollenketten erfolgt streng nach den einschlägigen Normen, um sicherzustellen, dass die Produktqualität den Anforderungen entspricht.
Festlegung nationaler Standards: Gemäß nationalen Normen wie GB/T 1243-2006 „Rollenketten, Buchsenrollenketten und Zahnketten“ gelten für Präzisionsrollenketten aus verschiedenen Werkstoffen und mit unterschiedlichen Wärmebehandlungsverfahren klare Anforderungen an die Härte. Beispielsweise muss bei Präzisionsrollenketten aus Stahl 45 die Härte der Bolzen und Buchsen zwischen 229 und 285 HBW liegen; die Oberflächenhärte der Kette nach der Einsatzhärtung muss 58 bis 62 HRC erreichen, und die Tiefe der Einsatzhärtungsschicht beträgt 0,8 bis 1,2 mm. Weichen die Prüfergebnisse von diesem Bereich ab, beispielsweise wenn die Härte des Bolzens unter 229 HBW oder über 285 HBW liegt, gilt die Kette als nicht normgerecht.
Beurteilung nach internationalen Standards: Gemäß ISO 606 und anderen internationalen Normen liegt der Härtebereich von Präzisionsrollenketten aus legiertem Stahl üblicherweise zwischen 241 und 321 HBW. Die Oberflächenhärte der Kette nach der Nitrierbehandlung muss 600–800 HV erreichen, und die Nitrierschichttiefe muss 0,3–0,6 mm betragen. Internationale Normen sind bei der Beurteilung der Ergebnisse strenger. Entsprechen die Prüfergebnisse nicht den Anforderungen, wird die Kette nicht nur als unzulässig eingestuft, sondern es muss auch eine zweite Charge derselben Produkte stichprobenartig geprüft werden. Sollten weiterhin unzulässige Produkte vorhanden sein, muss die gesamte Charge nachbearbeitet werden.
Anforderungen an Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit: Um die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten, muss jeder Prüfpunkt wiederholt, in der Regel 3- bis 5-mal, geprüft werden. Der Mittelwert wird als Endergebnis verwendet. Die Abweichungen der Prüfergebnisse derselben Probe durch verschiedene Prüfer müssen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. So beträgt die Abweichung bei der Rockwell-Härteprüfung in der Regel maximal ±1 HRC, bei der Brinell-Härteprüfung maximal ±2 % und bei der Vickers-Härteprüfung maximal ±1 HV.

7.2 Anwendung der Ergebnisse und Qualitätskontrolle
Die Ergebnisse der Härteprüfung sind nicht nur Grundlage für die Feststellung, ob das Produkt qualifiziert ist, sondern auch eine wichtige Referenz für die Qualitätskontrolle und Prozessverbesserung.
Qualitätskontrolle: Durch Härteprüfungen lassen sich Probleme im Produktionsprozess, wie Materialfehler und unsachgemäße Wärmebehandlung, frühzeitig erkennen. Beispielsweise kann eine zu geringe Härte der Kette unterhalb der Norm auf eine unzureichende Wärmebehandlungstemperatur oder -dauer hindeuten; eine zu hohe Härte hingegen auf eine zu intensive Abschreckung. Anhand der Prüfergebnisse kann das Unternehmen den Produktionsprozess zeitnah anpassen und so die gleichbleibende Produktqualität sicherstellen.
Prozessoptimierung: Härteprüfungen tragen zur Optimierung des Fertigungsprozesses von Präzisionsrollenketten bei. Durch die Analyse der Härteveränderungen der Kette unter verschiedenen Wärmebehandlungsverfahren kann das Unternehmen beispielsweise die optimalen Wärmebehandlungsparameter ermitteln und so die Verschleiß- und Dauerfestigkeit der Kette verbessern. Gleichzeitig liefert die Härteprüfung eine Grundlage für die Auswahl von Rohmaterialien, um sicherzustellen, dass deren Härte den Konstruktionsanforderungen entspricht und somit die Gesamtqualität des Produkts zu steigern.
Produktabnahme und Auslieferung: Bevor das Produkt das Werk verlässt, ist das Ergebnis der Härteprüfung eine wichtige Grundlage für die Kundenabnahme. Ein Härteprüfbericht, der den Normen entspricht, stärkt das Kundenvertrauen in das Produkt und fördert Absatz und Marketing. Produkte, die die Normen nicht erfüllen, müssen vom Unternehmen nachbearbeitet werden, bis sie die Härteprüfung bestehen, bevor sie an Kunden ausgeliefert werden können. Dies trägt zur Verbesserung des Unternehmensimages und der Kundenzufriedenheit bei.
Qualitätsrückverfolgbarkeit und kontinuierliche Verbesserung: Die Erfassung und Analyse von Härteprüfergebnissen liefert wichtige Daten für die Qualitätsrückverfolgbarkeit. Bei Qualitätsproblemen können Unternehmen die Prüfergebnisse zurückverfolgen, um die Ursache zu ermitteln und gezielte Verbesserungsmaßnahmen einzuleiten. Gleichzeitig ermöglicht die langfristige Sammlung und Analyse von Prüfdaten die Identifizierung potenzieller Qualitätsprobleme und Prozessverbesserungspunkte, wodurch eine kontinuierliche Qualitätsverbesserung erreicht wird.