Rockwell, Brinell oder Vickers: keine exakte Härteumrechnung

Rockwell, Brinell oder Vickers ist kein Wettbewerb zwischen drei Wegen, dasselbe zu messen. Die drei Verfahren drücken unterschiedliche Eindringkörper mit unterschiedlichen Prüfkräften in das Metall und lesen unterschiedliche Merkmale des Eindrucks aus. Und die Norm, die die Umwertungstabellen zwischen ihnen veröffentlicht – ASTM E140 –, hält bereits im Titel jeder Tabelle fest, dass ihre Werte Näherungswerte sind. Wer einen Wert umrechnet und ihn auf ein Datenblatt druckt, hat aus einer Messung stillschweigend eine Schätzung gemacht.

Genau dort beginnen die meisten Härtestreitigkeiten bei Exportaufträgen. Nicht damit, dass ein Labor falsch liegt. Sondern damit, dass zwei Labore über verschiedene Dinge recht haben – und auf dem Datenblatt nur Platz für eine Zahl war.

Rockwell, Brinell oder Vickers: was jedes Verfahren tatsächlich misst

Drei in sich geschlossene Definitionen, denn der Unterschied steckt in den letzten Worten jeder einzelnen.

Die Rockwell-Härte ist die Tiefe des bleibenden Eindrucks, den ein definierter Eindringkörper unter einer definierten Prüfkraft hinterlässt, direkt an der Maschine als dimensionslose Zahl auf einer mit Buchstaben bezeichneten Skala abgelesen (HRC, HRB und weitere).

Die Brinellhärte ist die Prüfkraft geteilt durch die gewölbte Oberfläche des Eindrucks, den eine Hartmetallkugel hinterlässt, berechnet aus dem unter dem Mikroskop gemessenen Eindruckdurchmesser.

Die Vickershärte ist die Prüfkraft geteilt durch die Oberfläche des Eindrucks, den eine 136-degree Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche hinterlässt, berechnet aus dem Mittelwert der beiden Eindruckdiagonalen.

	Rockwell C (HRC)	Brinell (HBW)	Vickers (HV)
Maßgebende Normen	ASTM E18 / ISO 6508	ASTM E10 / ISO 6506	ASTM E92 und E384 / ISO 6507
Eindringkörper	120-degree Diamantkegel	Hartmetallkugel, D = 10, 5, 2.5 oder 1 mm	136-degree Diamantpyramide mit quadratischer Grundfläche
Prüfvorkraft	10 kgf	nicht zutreffend	nicht zutreffend
Übliche Gesamtprüfkraft	150 kgf	29.42 kN mit der 10 mm Kugel bei Stahl (Belastungsgrad 30)	bevorzugte Makrowerte 49, 98, 196, 294, 490, 980 N
Gemessene Größe	Eindringtiefe	Eindruckdurchmesser, optisch	Mittelwert der beiden Diagonalen, optisch
Ergebnis liegt vor	sofort, an der Maschine	nach dem Ausmessen des Eindrucks	nach dem Ausmessen des Eindrucks
Praktische Obergrenze	keine im üblichen Stahlbereich	etwa 653 HBW bei Stahl und Gusseisen	in der Praxis keine
Mindestprobendicke	nach ASTM E18, abhängig von der Eindringtiefe	mindestens 8x die Eindringtiefe	mindestens 1.5x die Eindruckdiagonale
Oberflächenvorbereitung	gering	geschliffen	geschliffen und poliert
Stärke bei	gehärtetem Stahl, schneller Fertigungsprüfung	Guss- und Schmiedeteilen, grobem oder ungleichmäßigem Gefüge	dünnen Querschnitten, Beschichtungen, Einsatzhärtetiefe, Kleinteilen

Für weichere Werkstoffe wechselt die Rockwell-Familie den Eindringkörper statt das Verfahren: HRBW arbeitet mit einer 1/16-Zoll-Kugel bei 100 kgf und ist die Skala, in der ungehärtete Stähle und Kupferlegierungen abgelesen werden.

Im deutschen Beschaffungsalltag laufen diese Prüfnormen als DIN EN ISO 6506, DIN EN ISO 6507 und DIN EN ISO 6508. Am Verfahren ändert das nichts, an der Erwartung des Einkäufers an eine vollständige Angabe sehr wohl.

Warum es zwischen den drei Verfahren keine exakte Umrechnung gibt

ASTM E140 existiert, weil alle umrechnen müssen. Dieselbe Norm sagt auch, wie weit man dem Ergebnis trauen darf: nicht sehr weit. Die Verfahren messen nicht dieselbe Kombination von Werkstoffeigenschaften, also ist jede Umrechnung zwischen ihnen eine Näherung, und jede Tabelle der Norm gilt nur für die Werkstofffamilie, die sie benennt – nichtaustenitische Stähle, austenitisches nichtrostendes Blech, Nickellegierungen, Kartuschenmessing und so weiter. Wer eine für Kohlenstoffstahl aufgestellte Tabelle auf ein austenitisches Edelstahlgussteil anwendet, erzeugt keinen Rundungsfehler.

Zwei Ankerpunkte aus veröffentlichten Tabellen auf E140-Basis, damit die Form des Zusammenhangs greifbar wird: 300 HBW entspricht etwa 30.5 HRC, und 500 HBW etwa 49.1 HRC.

So sieht das auf einer Bestellung aus. Ihre Zeichnung fordert 45 HRC. Ihr Abnahmeprüfzeugnis meldet 421 HBW, weil die Gießerei genau diese Maschine besitzt. Damit ist die Spezifikation nicht erfüllt – Sie haben eine Umrechnung davon angeboten. Wenn der Wareneingang des Käufers in Rockwell C prüft und 43 abliest, ist die Diskussion nicht zu gewinnen, weil die Abweichung von der Umrechnung erzeugt wurde und nicht vom Werkstoff.

Ein Härtewert ist nur in der Skala eine Messung, in der er gemessen wurde. In jeder anderen Skala ist er eine Schätzung. Spezifizieren und dokumentieren Sie in der Skala, in der das Bauteil tatsächlich geprüft wird – und die gesamte Streitklasse verschwindet.

Welche Prüfung Ihr Bauteil überhaupt verträgt

In der Praxis entscheidet das Bauteil über Rockwell, Brinell oder Vickers, nicht die Vorliebe.

Dicke. Brinell verlangt eine Probe, die mindestens achtmal dicker ist als die Eindringtiefe; Vickers verlangt mindestens das 1.5-fache der Eindruckdiagonale. Ein 1.5 mm dickes Stanzblech verträgt keine 10 mm Brinellkugel bei 3,000 kgf – der Eindruck geht durch und zeichnet sich auf der Gegenseite ab, und der Messwert ist wertlos.

Härteobergrenze. Brinell ist bei etwa 653 HBW für Stahl und Gusseisen am Ende. Darüber verformt sich die Kugel selbst, und der Werkstoff wirft am Eindruckrand einen Wulst auf: Der gemessene Durchmesser ist dann nicht mehr der Durchmesser, den die Berechnung voraussetzt.

Gefüge. Eine 10 mm Brinellkugel hinterlässt einen Eindruck von mehreren Millimetern und mittelt über viele Körner. Genau deshalb werden Guss- und Schmiedeteile in HBW spezifiziert. Setzt man in dasselbe Gussteil einen Mikro-Vickers-Eindruck, kann er in einem einzelnen Korn oder auf einer Graphitlamelle landen und einen Wert liefern, der echt und wiederholbar, als Losmittelwert aber unbrauchbar ist.

Einsatzgehärtete Bauteile. Die Randschicht ist hart, der Kern nicht. Eine Brinellkugel durchbricht die Randschicht und liest eine Mischung. Die Einsatzhärtetiefe ist Vickers-Arbeit: Bauteil trennen, polieren, Härteverlauf von der Oberfläche nach innen aufnehmen.

Durchsatz. Ein Brinell-Zyklus läuft 30 bis 60 Sekunden, bevor überhaupt jemand etwas gemessen hat, und danach muss der Eindruck noch optisch ausgewertet werden. Rockwell zeigt die Zahl auf dem Display. An einer Linie, die jedes zwanzigste Teil prüft, entscheidet dieser Unterschied über das Verfahren.

Wo die Zahl im Exportauftrag kippt

Sechs Fehlerbilder, grob nach der Häufigkeit sortiert, mit der sie zur Reklamation werden.

Skalenbruch auf dem Papier. Die Zeichnung ist in HRC, das Zeugnis in HBW, und niemand hat mit der richtigen Tabelle umgerechnet – oder überhaupt umgerechnet.
Falsches Verfahren bei einem einsatzgehärteten Teil. Das Teil ist in Ordnung; die Prüfung hat durch die Randschicht gelesen und einen Fehler gemeldet.
Eine Zahl ohne Skalenbuchstaben. „Härte 55“ ist keine Spezifikation. Es ist derselbe Fehler wie „Shore 70“ auf einem Gummiteil, behandelt in Shore-A- und Shore-D-Härte.
Ein Einzelwert ohne Toleranz. Härte ist eine Verteilung über das Los und über die Bauteilfläche. Eine Spezifikation ohne Bereich lädt zur Zurückweisung beim ersten Ausreißer ein.
Kein Prüfort. Rand, Mittenradius und Kern können sich am selben Bauteil um Dutzende Punkte unterscheiden. Steht auf der Zeichnung nicht, wo geprüft wird, prüfen die beiden Labore nicht an derselben Stelle.
„HB“ ohne Kugelwerkstoff. Die moderne Brinellprüfung arbeitet mit einer Hartmetallkugel aus Wolframcarbid und wird HBW geschrieben; die alte Stahlkugel-Schreibweise ist zurückgezogen. „HB 300“ lässt den Leser raten, aus welcher Epoche die Zahl stammt.

Wie eine Härteangabe aussieht, die die Prüfung übersteht

So geschrieben	Was schiefgeht	Stattdessen schreiben
Härte 55	keine Skala, also keine Aussage	55 +/- 2 HRC
58-62 HRC auf 1 mm Blech	verletzt die Mindestdickenregel des Verfahrens	650-750 HV1, an der Oberfläche gemessen
HB 300	veraltete Schreibweise, Kugelwerkstoff nicht angegeben	300 HBW 10/3000
Vergütet	ein Verfahren, keine Messung	Prüfverfahren, Skala, Wert, Toleranz und Prüfort
45 HRC (aus Brinell umgerechnet)	eine Schätzung, als Messung ausgegeben	die gemessene Skala angeben, die Umrechnung nur als Hinweis ergänzen
Härte nach Zeichnung	schiebt die Mehrdeutigkeit nach hinten	die vollständige Angabe im Zeugnis wiederholen

Eine vollständige Angabe hat fünf Bestandteile: Prüfverfahren und Skala, Nennwert, Toleranz, Prüfort und die Norm, nach der geprüft wird. „550 +/- 25 HV10 an der geschliffenen Fläche, nach ISO 6507-1“ lässt sich nicht falsch lesen. „Härte 550“ lässt sich auf sechs Arten falsch lesen.

Dieselbe Disziplin gilt für die Nachbarzahlen auf einem Metall-Datenblatt: Die Oberflächenrauheit ist der Zwillingsfall, bei dem dieselbe Kennzahl je nach Parameter zwei verschiedene Oberflächen bedeutet, siehe Ra und Rz in der Oberflächenrauheit. Die Checkliste für den Rest des Datenblatts steht in wie man Spezifikationen von Metallprodukten auszeichnet.

Nächste Schritte

Drei Schritte, in der Reihenfolge, die pro aufgewendeter Stunde das meiste Risiko beseitigt.

Fragen Sie den Käufer vor der ersten Lieferung, in welcher Skala sein Wareneingang prüft. Eine einzige E-Mail beseitigt die größte Einzelursache für Härtereklamationen. Richten Sie danach Zeichnung und Zeugnis auf diese Skala aus, statt an der Grenze umzurechnen.
Prüfen Sie Ihre bestehenden Zeichnungen auf unvollständige Angaben. Jedes „Härte 55“ und jedes „HB 300“ ist ein Streitfall, der auf einen schwachen Monat wartet. Die Schreibweise einmal zu korrigieren kostet nichts und kommt nie zurück.
Setzen Sie die Zahl dorthin, wo der Käufer sie liest, nicht nur dorthin, wo die Datei liegt. Auf einer Katalogseite, in einem Marktplatz-Listing oder in einer Angebotsantwort öffnen Käufer kein Zeichnungs-PDF; sie sehen sich das Bild an. Ein Datenblatt, das als annotiertes Bild aufgebaut ist, trägt die Härteangabe direkt neben den gemessenen Maßen, die aus der realen Geometrie des Bauteils stammen – an den tatsächlichen Kanten des Objekts im Bild eingerastet statt aus dem Gedächtnis eingetippt – und wird in der Pixelgröße exportiert, die jeder Kanal verlangt, damit die kleine Schrift lesbar bleibt. Das ist der Unterschied zwischen einer Spezifikation, mit der ein Käufer arbeiten kann, und einer, zu der er nachfragen muss. Es ist auch der Grund, warum eine generierte Illustration hier das falsche Werkzeug ist: Sie schreibt eine plausible Zahl auf ein Bauteil, das sie nie gemessen hat.

FAQ

Was ist besser, Rockwell oder Brinell?

Weder noch, abstrakt betrachtet: Rockwell, Brinell oder Vickers ist eine Frage der Eignung, keine Rangliste. Rockwell ist schneller und braucht weniger Oberflächenvorbereitung, was es zur Wahl in der Serienfertigung von gehärtetem Stahl macht. Der große Brinell-Eindruck mittelt über ein grobes oder ungleichmäßiges Gefüge, weshalb Guss- und Schmiedeteile in HBW spezifiziert werden. Wählen Sie das Verfahren, das zu Gefüge und Dicke des Bauteils passt, und spezifizieren Sie dann in dieser Skala.

Lässt sich HRC genau in HB umrechnen?

Nein, nicht in dem Sinn, den „genau“ üblicherweise meint. ASTM E140 veröffentlicht die Umwertungstabellen und stellt fest, dass die Werte Näherungswerte sind, weil die Verfahren unterschiedliche Kombinationen von Werkstoffeigenschaften messen. Die Tabellen sind zudem werkstoffspezifisch: Die für nichtaustenitische Stähle gilt weder für austenitische nichtrostende Stähle noch für Nickellegierungen.

Welche Härteprüfung eignet sich für dünne Teile?

In den meisten Fällen Vickers. Die Probe muss nur etwa das 1.5-fache der Eindruckdiagonale dick sein, und die Prüfkraft lässt sich für dünne Bleche, Beschichtungen und Randschichtverläufe bis in den Gramm-Bereich herunterskalieren. Brinell verlangt das Achtfache der Eindringtiefe und scheidet an dünnen Querschnitten aus.

Warum zeigt mein Abnahmeprüfzeugnis eine andere Härte als das Labor des Käufers?

Meist eine von drei Ursachen: Die beiden Labore haben in verschiedenen Skalen geprüft und jemand hat umgerechnet, das Teil ist einsatzgehärtet und eine Prüfung hat durch die Randschicht gelesen, oder die beiden Prüfungen wurden an verschiedenen Stellen des Bauteils durchgeführt. Prüfort und Skala auf der Zeichnung anzugeben, beseitigt alle drei.

Wie schreibt man Härte auf ein technisches Datenblatt?

Prüfverfahren und Skala, Nennwert, Toleranz, Prüfort und die Norm – zum Beispiel „550 +/- 25 HV10 an der geschliffenen Fläche, nach ISO 6507-1“ oder „300 HBW 10/3000“. Nie eine nackte Zahl, und nie ein umgerechneter Wert, der als gemessener ausgegeben wird.