Метод Брінелля

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 Йохан Брінелль (Johan Brinell) в 1900 році.

Методика проведення випробувань та обрахунку твердості

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 діаметру 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

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

Недоліки

• 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

• 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 $\sigma_\Beta$ — границя міцності.

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

де $\sigma_T$ — границя 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

• 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.

Джерела

• Українська радянська енциклопедія. В 12-ти томах / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К.: Гол. редакція УРЕ, 1974-1985.

Посилання

• Rockwell to Brinell conversion chart
• Struers hardness conversion table
• Brinell Hardness HB conversion chart

Див. також

Твердість
Метод Роквелла
Метод Віккерса
Шкала Мооса