Метод Брінелля

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Схема випробування

Ме́тод Бріне́лля — спосіб визначення твердості матеріалів вдавлюванням на спеціальному приладі сталевої загартованої кульки (діаметром 10; 5 або 2,5 мм) в досліджуваний зразок під дією заданого навантаження протягом певного часу (10—30 секунд).

Цей метод запропонував шведський інженер Юхан Брінелль (швед. Johan August Brinell) в 1900 році.

Методика проведення випробувань та обрахунку твердості[ред.ред. код]

Ручний твердомір Брінелля

Цей метод відноситься до способів оцінки твердості, що базуються на принципі вдавлювання індентора (полірованої загартованої сталевої кульки). Випробування проводиться таким чином: спочатку дають невелике попереднє навантаження для встановлення початкового положення індентора на зразку, потім додається основне навантаження, зразок витримують під дією навантаження протягом 10-30с, вимірюється глибина вдавлювання, після чого основне навантаження знімається. При визначенні твердості за методом Брінелля, на відміну від методу Роквелла, виміри проводять до пружного відновлення матеріалу. Індентор вдавлюють в поверхню випробовуваного зразка (завтовшки не менше 4 мм) з регламентованим зусиллям.

У іншому варіанті зусилля збільшується до досягнення регламентованої глибини впровадження.

Твердість за Брінеллем HB розраховується як «прикладене навантаження», розділене на «площу поверхні відбитку»:

\mbox{HB}=\frac{P}{\frac{\pi D}{2}\left(D-\sqrt{D^2-d^2}\right)},

де P — прикладене навантаження, кПа;

D — діаметр кульки, мм;
d — діаметр відбитку, мм,

або за формулою:

\mbox{HB}=\frac{P}{\pi Dh},

де h — глибина вдавлювання індентора.

Найпоширеніші діаметри кульки — 10, 5, 2,5 і 1 мм і навантаження 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс і 3 000 кгс. Для вибору діаметра кульки зазвичай використовують наступне правило: діаметр відбитку повинен лежати в межах 0,2-0,7 діаметру кульки. У методиках ISO і ASTM об'єднані метод з однією кулькою і різними навантаженнями і метод із застосуванням різних кульок, а також дана формула обчислення твердості, не залежної від навантаження.

Твердість за шкалою Брінелля виражають в кгс/мм².

Для визначення твердості по методу Брінелля використовують твердоміри, як автоматичні, так і ручні.

Типові значення твердості для різних матеріалів[ред.ред. код]

Напівавтоматичний твердомір Брінелля
Матеріал Твердість
М'яке дерево, наприклад сосна 1,6 HBS 10/100
Тверде дерево від 2,6 до 7,0 HBS 10/100
Алюміній 15 HB
Мідь 35 HB
Дуралюміній 70 HB
М'яка сталь 120 HB
Нержавіюча сталь 250 HB
Скло 500 HB
Інструментальна сталь 650-700 HB

Переваги і недоліки[ред.ред. код]

Недоліки[ред.ред. код]

  • Метод можна застосовувати тільки для порівняно м'яких матеріалів через конечне значення твердості самого індентора. Як альтернатива, можливе застосування кульок з карбіду вольфраму (WC).
  • Твердість за Брінеллем залежить від навантаження, оскільки зміна глибини втискування не пропорційна зміні площі відбитку.
  • При втискуванні по краях відбитку через витискування матеріалу утворюється "підвищення", що утрудняє вимір глибини відбитку.
  • Через великий розмір тіла вдавлювання (кульки) метод непридатний для тонких зразків матеріалу.

Переваги[ред.ред. код]

  • Знаючи твердість за Брінеллем, можна швидко знайти границю міцності і текучості матеріалу, що важливо для прикладних інженерних задач:

Для сталі

\sigma_\Beta=\frac {HB}{3}[\frac{kgf}{mm^2}]=\frac {10HB}{3}[MPa],

де \sigma_\Betaграниця міцності.

\sigma_T=\frac {HB}{6}[\frac{kgf}{mm^2}]=\frac {10HB}{6}[MPa],

де \sigma_Tграниця текучості.

Для алюмінієвих сплавів

\sigma_\Beta=0,362{HB}[\frac{kgf}{mm^2}]=3,62{HB}[MPa]

Для мідних сплавів

\sigma_\Beta=0,26{HB}[\frac{kgf}{mm^2}]=2,6{HB}[MPa]
  • Так як метод Брінелля — один із найстаріших методів визначення твердості, накопичено багато технічної документації, де твердість матеріалів вказана згідно з цим методом.

Нормативні документи[ред.ред. код]

  • ГОСТ 8.062—85 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Бринелля»
  • ГЭТ 33—85 «Государственный специальный эталон единиц твердости по шкалам Бринелля»
  • International (ISO) and European (CEN) Standard
    • EN ISO 6506-1:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: test method
    • EN ISO 6506-2:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 2: verification and calibration of testing machine
    • EN ISO 6506-3:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 3: calibration of reference blocks
    • EN ISO 6506-4:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 4: Table of hardness values
  • US standard (ASTM International)
    • ASTM E10-08: Standard method for Brinell hardness of metallic materials.

Див. також[ред.ред. код]

Твердість
Метод Роквелла
Метод Віккерса
Шкала Мооса

Джерела[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]