ASTM D785 & ISO 2039-1/-2 Kunststoff Härteprüfung

Die Normen ASTM D785 und ISO 2039-1/-2 beschreiben Verfahren zur Bestimmung der Härte von Kunststoffen, Hartgummi und verwandten elektrischen Isoliermaterialien aus Kunststoffen mithilfe eines belasteten Kugeleindringkörpers. In der Norm ISO 2039-1 wird der Härtewert durch einen Kugeleindruckversuch ermittelt. Aus der gemessenen Eindringtiefe werden die Oberfläche des Eindrucks und anschließend die Härte errechnet. Die ASTM D785 und die ISO 2039-2 beschreiben Verfahren zur Ermittlung der Eindruckhärte von Kunststoffen mit einer Rockwell-Härteprüfmaschine.

Mit dem Verfahren wird die Härte im Makrobereich mit einer Prüfkraft zwischen 49–980,7 N geprüft. Dabei handelt es sich um ein Tiefendifferenzverfahren. Das heißt, zur Ermittlung des Härtewertes eines Prüfstücks wird die bleibende Eindringtiefe gemessen, die durch den Eindringkörper entsteht. Der Eindringkörper ist eine Stahlkugel, bei der Rockwell-Härte je nach Methode mit unterschiedlichem Kugeldurchmesser.

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ASTM D785 & ISO 2039-1/-2 Kunststoff Härteprüfung

ISO 2039-1 Kugeldruckhärte Versuchsdurchführung

Bei diesem Kunststoffprüfverfahren wird die Gesamtprüfkraft in zwei Stufen aufgebracht. Dadurch sollen der Einfluss der Rauheit der Probenoberfläche (z.B. Rillen auf der Probe) sowie der Messfehler durch das Spiel der Eindringtiefenmessung ausgeschaltet werden.

Zunächst wird der Eindringkörper mit der Prüfvorkraft von 9,8 N (auch Vorkraft oder Vorlast genannt) bis zur Eindringtiefe h0 in die zu prüfende Probe gedrückt. h0 definiert die Bezugsebene (Basis) für die spätere Messung der Eindringtiefe (h).

Im Anschluss wird die Prüfkraft in einer nach der Norm definierten Einwirkdauer aufgebracht, wobei die Eindringtiefe gemessen wird. Die Prüfkraft ist aus den Werten 49 N, 132 N, 358 N und 961 N so zu wählen, dass nach 30 s Einwirkdauer die Eindringtiefe im Bereich von 0,15 bis 0,35 mm liegt. Wird nach Ende der Prüfkraft-Einwirkdauer eine Eindringtiefe kleiner 0,15 mm bzw. größer 0,35 mm festgestellt, dann muss die Prüfkraft erhöht bzw. gesenkt werden.

Mithilfe der ermittelten Eindringtiefe h lässt sich dann die Oberfläche des Eindruckes berechnen. Daraus wird die Kugeleindruckhärte (HB) nach einer in der Norm definierten Formel berechnet. Die Prüfeindrücke müssen so gesetzt werden, dass genügend Abstand zum Probenrand (Kante) sowie zwischen den einzelnen Prüfeindrücken (jeweils nicht weniger als 10mm) vorliegt.

Die hohen Prüflasten und der große Eindruck erlauben die Messung über eine große Prüffläche und damit eine starke Mittelung des Messwertes. Das Verfahren eignet sich damit zur Messung von ungefüllten wie auch von gefüllten Kunststoffen.

ISO 2039-1 Darstellung des Härtewerts

Der Härtewert der Kunststoffprüfung setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen:

einem numerischen Härtewert
den zwei Großbuchstaben HB, die für „Härte nach Rockwell“ stehen

Beispiel der Darstellung und Leseweise eines Härtewertes:

45 HB
45 …Härtewert
HB …Kugeleindruckhärte in Newton pro Quadratmillimeter (N/mm²)

ASTM D785 & ISO 2039-2 Rockwellhärteprüfung

In der ISO 2039-2 und der ASTM D 785 sind verschiedene Rockwell-Härteskalen für die Kunststoffprüfung festgelegt.
Beim Rockwell-Verfahren wird die Gesamtprüfkraft in zwei Stufen aufgebracht. Dadurch sollen der Einfluss der Rauheit der Probenoberfläche (z.B. Rillen auf der Probe) sowie der Messfehler durch das Spiel der Eindringtiefenmessung ausgeschaltet werden.
Im Gegensatz zur Kugeldruckhärte, bei der die Eindringtiefe unter Last gemessen wird, findet die Messung der Eindringtiefe bei den Rockwellverfahren jeweils an einer definierten Vorlast statt. Entsprechend der jeweiligen Rockwellskala stehen verschiedene Eindringkörper zur Verfügung.

ASTM D785 & ISO 2039-2 Versuchsdurchführung

Zunächst wird der Eindringkörper mit der entsprechenden Prüfvorkraft (auch Vorkraft oder Vorlast genannt) bis zur Eindringtiefe h0 in die zu prüfende Probe gedrückt. h0 definiert die Bezugsebene (Basis) für die spätere Messung der bleibenden Eindringtiefe (h).

Im Anschluss wird die Prüfkraft in einer nach der Norm definierten Einwirkdauer (mehrere Sekunden) aufgebracht, wobei der Eindringkörper bis zur maximalen Eindringtiefe h1 in die Probe eindringt.

Nach Ende der Einwirkdauer wird die Prüfkraft wieder zurückgenommen, der Eindringkörper bewegt sich um den elastischen Anteil der Eindringtiefe an der Prüfgesamtkraft nach oben zurück und verharrt auf der Höhe der bleibenden Eindringtiefe h. Diese wird auch als Tiefendifferenz bezeichnet (Differenz der Eindringtiefe vor und nach Aufbringung der Prüfkraft). Mithilfe der bleibenden Eindringtiefe h lässt sich dann die Rockwell Härte (HR) nach einer in der Norm definierten Formel berechnen unter Berücksichtigung der angewendeten Rockwell-Skala.

ASTM D785 & ISO 2039-2 Prüfmethoden

Die einzelnen Methoden unterscheiden sich durch:

den Durchmesser der Eindringkugel
die Höhe der verwendeten Prüfkraft (auch Prüflast)

ASTM D785 Rockwell Härteskala:

Rockwell Härteskala (Ziffern rote Skala)	Vorlast (kg)	Prüflast (kg)	Durchmesser des Eindringkörpers
R	10	60	0.5000 ± 0.0001 in / 12.700 ± 0.0025 mm
L	10	60	0.2500 ± 0.0001 in / 6.350 ± 0.0025 mm
M	10	100	0.2500 ± 0.0001 in / 6.350 ± 0.0025 mm
E	10	100	0.1250 ± 0.0001 in / 3.175 ± 0.0025 mm
K	10	150	0.1250 ± 0.0001 in / 3.175 ± 0.0025 mm

ISO 2039-2 Rockwell Härteskala:

Rockwellhärteskala	Vorlast (N)	Prüflast (N)	Durchmesser des Eindringkörpers (mm)
R	98,07	588,4	12,7
L	98,07	588,4	6,35
M	98,07	980,7	6,35
E	98,07	980,7	3,175

ASTM D785 & ISO 2039-2 Darstellung des Härtewerts

Der Härtewert setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen:

einem numerischen Härtewert
den zwei Großbuchstaben HR, die für „Härte nach Rockwell“ stehen

Beispiel der Darstellung und Leseweise eines Härtewertes:

65 HR
65 …Härtewert
HR …nach Rockwell

ZwickRoell Rockwell Härteprüfgeräte

Die Rockwell Härteprüfgeräte von ZwickRoell zeichnen sich durch eine Eindringkörperhalterung für Härteprüfung an schwer zugänglichen Messstellen aus. Sie decken folgende Verfahren ab:

Klassische Rockwell Härteprüfung nach ISO 6508, ASTM E18: Vorkraft 10 kg; Prüfbelastung 60, 100, 150 kg; Skalen A B C D E F G H K L M P R S V
Super-Rockwell nach ISO 6508, ASTM E18: Vorkraft 3 kg; Prüfbelastung 15, 30, 45 kg; Skalen N T W X Y
Universal-Rockwell nach ISO 6508, ASTM E18: Vorkraft 3, 10 kg; Prüfbelastung 15, 30, 45, 60, 100, 150 kg; Skalen A B C D E F G H K L M N P R S Y V W X Y
Rockwell für Kunststoffe nach ISO 2039-2 und ASTM D785 (A & B)