Das Härteprüfverfahren nach Knoop wurde 1939 von Knoop, Emerson und Peters in die Werkstoffprüfung eingeführt. Es gehört zu den klassischen konventionellen Härteprüfverfahren, wobei von vornherein eine Zuordnung zum Kleinlast- bzw. Mikrobereich erfolgte und als höchste Prüfkraft 10 N empfohlen wurde. Als Eindringkörper wird eine asymmetrische vierseitige Diamantpyramide mit einem Diagonalenverhältnis von 7,114 : 1 verwendet. Dieser Knoop-Eindringkörper hat mit 172°30‘‘ bzw. 130° zwei unterschiedliche Spitzenwinkel. Auf Grund dieser Geometrie wird der Knoop-Eindringkörper (Indenter) auch vorteilhaft zur Lösung anwendungstechnischer Probleme mit Hilfe der instrumentierten Mikrohärteprüfung eingesetzt.

Im Gegensatz zur Vickershärte, bei welcher zur Berechnung die Eindruckoberfläche herangezogen wird, erfolgt die Ermittlung der Knoophärte mit Hilfe der Projektionsfläche des Eindruckes.
Die Berechnung von HK erfolgt unter der Verwendung der großen Eindruckdiagonalen:


 

mit

HK: Knoophärte in N/mm2
F: Prüfkraft in N
A:projizierte Eindruckoberfläche in mm2
l:große Eindruckdiagonale in mm

Das Knoophärte-Verfahren ist besonders geeignet zur Kennwertermittlung in ober-flächennahen Schichten und sehr dünnen Prüfkörpern, da die Eindringtiefe der langen Diagonale zur kurzen Diagonale im Verhältnis 1 : 30,514 steht.Auf Grund dieses Eindringtiefenverhältnisses werden extreme Anforderungen an die Ebenheit und Rauigkeit der zu prüfenden Oberfläche bzw. die geometrischen Abmessungen des Prüfkörpers gestellt. Die Knoophärte eignet sich zum Nachweis von Eigenspannung und insbesondere auch von strukturellen und morphologischen Anisotropieeffekten, indem die Richtungsabhängigkeit der ermittelten HK-Kennwerte betrachtet wird.Das Bild zeigt schematisch den Einfluss der Orientierung auf die Eindruckgeometrie.

Bild: Schematische Darstellung des Einflusses von Orientierungen auf die Längs-  und Querdiagonale der Eindruckfläche bei der Knoophärte (oben) und Bestimmung der Anisotropie von ausgewählten Kunststoffen (nach Weiler; unten)
Bei orientierten thermoplastischen Werkstoffen sind die Spannungen unter dem Indenter in Orientierungsrichtung größer als senkrecht dazu. Nach Entlastung  des Indenters ist die Verkürzung der Diagonalen des Eindringkörpers unterschiedlich stark ausgeprägt, da das Dehnungsfeld nicht mehr symmetrisch ist.

Liegt die große Hauptachse parallel zur Orientierung verläuft die maximale Dehnung senkrecht zur Vorzugsrichtung der Molekülketten, was zu einem vergrößerten Eindruck führt. Somit werden in Orientierungsrichtung höhere Härtewerte als senkrecht dazu ermittelt.

Ist die große Hauptachse senkrecht zur Vorzugsrichtung  der Molekülketten orientiert, tritt die maximale Dehnung parallel zur Molekülorientierung auf, woraus ein verkleinerter Eindruck entsteht. Die mit dem Härteprüfverfahren nach Knoop ermittelten Kennwerte erweisen sich als ausgesprochen sensitiv, um Anisotropien in Werkstoffen nachzuweisen.


Literaturhinweise


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