Определение твердости по методу бринелля

Метод первопроходец. Звание заслуживает система определения твердости материалов, разработанная Августом Бринеллем. Это инженер из Швеции.

Его метод стал первым стандартизированным и широко используемым. Шкалу Бринелля мир «взял на вооружение» в 1900-ом году.

Разберемся, в чем суть системы, твердость каких материалов можно узнать с ее помощью, и есть ли у метода минусы.

Твердость по Бринеллю – суть метода

Для определения твердости используют прибор, составленный из измерительного блока и пресса. Наконечник пресса – стальной шарик. Его именуют индентором. Диаметр шарика соответствует ГОСТу 9012 – 59 (ИСО 6506-81, ИСО 410-82), установленному в 1990-лм году. Разрешены 3 показателя: 2,5, 5 и 10 миллиметров.

Нужный индентор выбирают так, чтобы отпечаток от него лежал в пределах 0,2-0,7 диаметра шарика. Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний, позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.

Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.

Метод измерения твердости по Бринеллю состоит из 2-х нагрузок. Сначала, пресс опускают для пробной. Небольшим надавливанием устанавливают начальное положение индентора. После, сообщают уже солидный вес, держат определенное время, потом, измеряют диаметр следа. Звучит «стройно», но есть сложность.

По краям отпечатка образуются навалы и наплывы материала. Из-за них диаметр, глубина могут быть неточными. Твердость по методу Бринелля измеряют до упругого восстановления, то есть до возвращения материала в первоначальную форму. Это возвращение может быть неполным. Тогда, фиксируется его степень.

В схожем методе Роквелла упругого восстановления не дожидаются, да и в качестве индентора используют не только металлические шары, но и алмазные конусы. Это стоит учитывать, замеряя твердость по Бринеллю и Роквеллу. Для чистоты эксперимента можно добавить еще один метод, главное, соблюсти нюансы исследований и уметь соотнести их результаты. Об этом и поговорим.

Определение твердости по Бринеллю – о цифрах и буквах

Результаты исследований выражаются в буквенно-цифровой записи. Из букв в ней присутствуют либо HB, либо HBW. Первое обозначение актуально для стального шарика.

Вторая запись указывает на то, что вдавливали сферу из карбида вольфрама. К буквам добавляют 2 или 3 числа. Первое – показатель твердости. Максимально возможный по Бринеллю – 650. Такой показатель измеряется карбидным индентором.

Стальной вдавливается в материалы твердостью до 450-ти единиц.

Второе число в записи – диаметр шарика-наконечника. Он не указывается лишь в том случае, если максимальный, то есть равен 10-ти миллиметрам. Третье число в обозначении – сила, с которой давили на испытуемый образец. Рассмотрим такой перевод твердости по Бринеллю: 500 HBW 5/800.  Запись HBW свидетельствует о применение карбидного шарика. Его диаметр составил 5 миллиметров.

Сила давления была равна 800-от килограммов силы (кгс). 500- итоговая твердость материала. Вычисляется она по формуле отношения приложенного усилия к площади отпечатка. Интересно, что со значениями шкалы Бринелля совпадает еще одна – Виккерса. Обе начинаются со 100 единиц. Правда наивысшая твердость по Виккерсу и Бринеллю разнится.

У Виккерса значения доходят до 1 200-от. Записи результатов отличаются лишь буквами. Шкала Виккерса обозначается HV. Стоит учитывать это, выбирая товары с указанием твердости. То, что по Бринеллю тверже стали, по Виккерсу – материал весьма податливый.

Кстати, согласно большинству словарей, твердость – это свойства пластичности, упругости и сопротивления деформациям, или иным разрушениям, при вдавливании в верхний слой испытуемого образца другого, более твердого вещества. Ну, вот, уточнили о чем речь. Пора разобраться, какая твердость и для каких материалов считается приемлемой.

Твердость стали по Бринеллю может быть от 103-ти до 200-от единиц. Показатель зависит от марки. Не стоит забывать, что существует мягкая, нержавеющая и закаленная сталь. Сплав Ст0, к примеру, занимает нижнюю планку твердости. СТ2пс – марка со 116-ю HB. У СТ3пс показатель равен 131. 170 HB отличают сталь СТ5Гпс и СТ5пс. 200 единиц у марок ВСт6сп, СТ6пс и СТ6сп.

Твердость металлов по Бринеллю, в том числе и их сплавов, к коим причисляется сталь, важна при эксплуатации многих предметов. Пример – подшипники. Они подвергаются трению.

Будь сплав для подшипников мягким, машина не отходит и гарантийного срока.

Сопротивляемость деталей износу, зависящая от твердости, важна и при конструировании космических аппаратов, летной техники, строительных конструкций.

Твердость стали по Брюнеллю для арматуры высотных зданий, к примеру, должна быть не ниже 150-ти единиц. Если брать усредненные цифры для металлов, то черные, как правило, маркируются числом 140 HB, а твердость цветных не превышает 130-ти. Драгоценные металлы одни из самых податливых.

Так, твердость платины по Бринеллю – всего 50. Выше говорилось, что шкала начинается со 100. Однако, современные технологи нередко дополняют ее, доводя до единицы. Твердость некоторых цветных металлов щелочноземельной группы составляет всего 30 HB.

Если вопрос не о строительстве и конструировании машин, а о ремонте, людей больше интересуют показатели древесины. Ее твердость тоже иногда измеряют по Бринеллю. Для сплавов металлов есть ГОСТы. Массы изначально «замешивают» в соответствии с техническими требованиями. Для древесины условия иные. Твердость зависит не только от породы, но и от условий произрастания.

Липа из разных местностей может отличаться на 10-20 баллов, как и сосна, дуб, ольха. Поэтому, лучше смотреть не из чего сделаны стол, или паркет, а какая твердость указана в документах к ним.

Для паркета берется древесина, как минимум, средней твердости. Если отбросить, погрешность на условия произрастания, точно подойдут  блоки из белой акации, самшита, железной березы, граба и кизила.

Твердость этих пород приближенна к 100 HB. Это на торцах. Радиальный и тангенциальный показатели неизбежно ниже процентов на 30. Древесину по Бринеллю мерят в странах Европы. Россия к ним примыкает. Продукция из США соответствует шкале Янка. Этот тест узконаправлен, применим только к дереву.

В Америке прилагаемую к материалу силу записывают не в килограммах, а в фунтах. Диаметр металлического шарика выражен в дюймах, составляет 0,444. В миллиметрах это около 11-ти.

Итоговый результат измерений не бывает ниже 660 единиц. Высший показатель – 4 500. Таким «хвастается» гваяковое дерево. Оно одно из самых дорогих, поскольку из-за твердости сложно обрабатывается, к тому же, редко встречается.

В общем, число 4 500, даже на товарах из Штатов, встретишь редко. А вот значения Бринелля проставлены на большинстве продукции, изготавливаемой в России, и завозимой из-за рубежа. Это шкала, в премудростях которой стоит разобраться.

Метод Бринелля

Метод Бриннеля — один из основных методов определения твёрдости.

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под её действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается.

При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от метода Роквелла, измерения производят до упругого восстановления материала. Индентор (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка.

В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения.

Твёрдость по Бринеллю HB рассчитывается как «приложенная нагрузка», делённая на «площадь поверхности отпечатка»:

  ,

или по формуле:

Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения индентора.

• В России регламентированные нагрузки 49 Н, 127 Н, 358 Н, 961 Н, диаметр шарика 5 мм, глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм. В разных спецификациях эти значения различны.
• Наиболее распространённые диаметры шарика — 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс и 3 000 кгс.
• Для выбора диаметра шарика обычно используют следующее правило: диаметр отпечатка должен лежать в пределах 0,2—0,7 диаметра шарика.
• В методиках ISO и ASTM объединены метод с одним шариком и разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.

Твёрдость по шкале Бринелля выражают в кгс/мм². Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.

Таблица: Типичные значения твёрдости бринелль для различных материалов

МатериалТвёрдость

Мягкое дерево, например сосна	1,6 HBS 10/100
Твёрдое дерево	от 2,6 до 7,0 HBS 10/100
Алюминий	15 HB
Медь	35 HB
Дюраль	70 HB
Мягкая сталь	120 HB
Нержавеющая сталь	250 HB
Стекло	500 HB
Инструментальная сталь	650—700 HB

Преимущества и недостатки

Недостатки

• Метод можно применять только для материалов с твердостью до 450 HB, если применять стальной закаленный шарик. Как альтернатива, применяют шарики из твёрдого сплава на основе карбида вольфрама (WC), это позволяет повысить верхний предел измерения твёрдости до 600 HBW.
• Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки, так как изменение глубины вдавливания не пропорционально изменению площади отпечатка.
• При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
• Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.

Преимущества

• Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач: Для стали где — предел прочности.    где — предел текучести. Для алюминиевых сплавов Для медных сплавов
• Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.
• Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).
• Также метод Бринеля менее критичен к чистоте подготовленной под замер твёрдости поверхности.

Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следует отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.

Твердомеры для металлов. Методы Бринелля и Роквелла

01.11.2017

Твердость — способность металла пластически деформироваться под воздействием объекта с более высокой твердостью (индентора).

Испытания на твёрдость являются очень распространёнными, поскольку определяют не только меру прочности изделия, но и его сопротивление переменным нагрузкам.

Преимущество метода — испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть как стационарными, так и портативными.

Измерения могут проводиться на эталонных образцах (изготовленных из того же материала или сплава и подвергнутых такому же режиму термической обработки) или на готовых деталях. Единственное условие — в случае испытания готовых деталей необходимо принять меры к тому, чтобы объект контроля (ОК) не имел внешних повреждений.

Выбор метода контроля твёрдости зависит от:

• исходных механических показателей прочности, упругости и пластичности изделия
• размеров ОК (или места соединения смежных элементов конструкции, если устанавливается твёрдость в зоне, например, сварного шва)
• конечного результата: установить твёрдость самого изделия, либо твёрдость только его поверхности (выполняется для деталей, прошедших термическую обработку или иной вид поверхностного упрочнения).
• Требований к условиям проведения испытания. В полевых условиях используют не стационарные, а портативные твердомеры.
• Стабильности результатов измерений и их воспроизводимости при повторных испытаниях.

Твёрдость может быть измерена тремя группами методов — механическими (статическими и динамическими), а также ультразвуковыми. Кроме того, различают твёрдость при комнатных и повышенных температурах (так называемую «горячую твёрдость»). Техническая сущность всех методов одна — в ОК внедряется деформирующий элемент, глубина перемещения которого считывается по специальной шкале.

Твёрдость рассматривается как сопротивление металла необратимым пластическим деформациям, а потому отличается от других измерений наличием специальных унифицированных приборов — твердомеров для металлов.

Твердомеры Бринелля: методика и оборудование

Используются для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей в соответствии с ГОСТ 9012-59.

Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.

Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается во вдавливании в поверхность ОК шарика-индентора (из закалённой стали или из твёрдого сплава). В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что позволяет определить меру твёрдости по Бринеллю (НВ).

• Современная конструкция твердомера Бринелля позволяет плавно внедрять индентор в образец, обеспечивает высокую точность приложения нагрузки (погрешность не более 1,0 %), что позволяет получать отпечатки с высокой повторяемостью, необходимой для обеспечения точности измерений твердости.
• В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:
• При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия:

1 — сталь, никелевые и титановые сплавы; 2 — чугун; 3 — медь и сплавы меди; 4 — легкие металлы и их сплавы; 5 — свинец, олово.

• образцы с твердостью выше HB 450/650 кгс/мм2 испытывать запрещается;
• поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
• диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D

Сущность метода измерения по Бринеллю

Метод Бринелля впервые предложил шведский инженер Юхан Август Бринелль в 1900 году, и стал широко применяемым и эталонным методом измерении твердости.

Какие твердомеры применяют для измерения твердости по методу Бринелля?

Для измерения твердости по Бринеллю применяют стационарные и переносные твердомеры.

В чем сущность измерения твердости по методу Бринелля?

Сущность метода Бринелля заключается в постепенном внедрении индентора со строгими геометрическими размерами в исследуемый образец с определенной нагрузкой, и последующим определением твердости по диаметру отпечатка.

Какой индентор применяют для определения твердости по Бринеллю?

Для определения твердости по Бринеллю используют стальные или твердосплавные шарики с диаметрами 2,5 мм; 5 мм и 10 мм (также для определения твердости пластиков и твердых полимерных материалов используются шарики диаметрами 7,5 и 12 мм).

Как обозначается твердость по методу Бринелля?

• Для металлов с твердостью менее 450 единиц используют стальные закаленные шарики (общепринятое обозначение HB).
• Для металлов с твердостью от 450 до 650 единиц используют твердосплавный шарик (общепринятое обозначение HBW).
• Для металлов с твердостью более 650 HBW метод Бринелля не используется.

Сводная таблица для выбора методики проведения испытания

Традиционно для выбора методики проведения испытания по методу Бринелля применяются сводные таблицы, одна из которых представлена ниже.

Условия испытания металлов на твердость по Бринеллю.

Металлы
Твердость HB, кгс/кв.мм
Толщина образца, мм
Соотношение между P и D^2
Диаметр шарика D, мм
Нагрузка P, кгс
Выдержка под нагрузкой, с

Черные	140-250	6-3	P = 30 D^2	10	3000	10
4-2	5	750
Менее 2	2,5	187,5
Черные	140	Более 6	P = 10 D^2	10	1000	10
6-3	5	250
Менее 3	2,5	62,5
Цветные	130	6-3	P = 30 D^2	10	3000	30
4-2	5	750
Менее 2	2,5	187,5
Цветные	35-130	9-3	P = 10 D^2	10	1000	30
6-3	5	250
2-3	2,5	62,5
Цветные	8-35	Более 6	P = 2,5 D^2	10	250	60
6-3	5	62,5
Менее 3	2,5	15,6

Чем измеряют диаметр отпечатка по Бринеллю?

После окончания испытания измеряют диаметр отпечатка с помощью микроскопа с общим увеличением 20х, 40х или 50х, оснащенного окуляром с измерительной визирной шкалой или окулярным микрометром.

Затем по размеру отпечатка и таблицам с эмпирическими данными определяют твердость по Бринеллю.

Испытания на твердость

• СОДЕРЖАНИЕ
• Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедре­нии в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела — индентора.
• Способы определения твердости в зависимости от временного характера приложения нагрузки и измерения сопротивления вдавливанию индентора подразделяют на:

• статические
• динамические
• кинетические

Наиболее распространенными являются статические методы, при которых нагрузку к индентору прикладывают плавно и постепенно, а время выдержки под нагрузкой регламентируется стандартами на соответствующие методы.

При динамических методах определения твердости индентор подействует на образец с определенной кинетической энергией, затрачиваемой на упругую отдачу и/или формирование отпечатка, динамическую твердость часто называют также твердостью материала при ударе. Твердость при ударе характеризует сопротивление внедрению не только на поверхности образца, но и в некото­ром объеме материала.

Кинетические методы определения твердости основываются на непрерывной регистрации процесса вдавливания индентора с за­писью диаграммы «нагрузка на индентор — глубина внедрения индентора.

Особенность такого подхода заключается в регистрации всей кинетики процесса упругопластического деформирования материала при вдавливании индентора, а не только конечного результата испытаний, как при других методах.

По принципу приложения нагрузки способы определения твердости можно подразделить на способы вдавливания, отскока, царапания и резания.

Способы вдавливания являются наиболее распространенными. Твердость в этом случае определяется как сопротивление, которое оказывает испытуемое тело внедрению более твердого индентора и отражает преимущественно сопротивление поверхностных слоев материала пластической деформации.

Способы отскока основаны на измерении твердости по высоте отскока бойка, падающего на испытуемую поверхность. Твердость при этом отражает преиму­щественно сопротивление упругой деформации. Измерение твердости способом отскока широко применяют для контроля качест­ва прокатных валков, больших изделий и конструкций с использо­ванием переносных приборов.

Способ измерения твердости методом царапания

Способами царапания и резания твердость определяется соответственно как сопротивление материала царапанию или резанию. Способ царапания разработал Моос в начале XIX в.

; им были предложена шкала твердости минералов по способности одного наносить царапины на поверхности другого.

Эта десятибалльная шкала (от талька № 1 до алмаза № 10) используется в минералогии, а также для оценки твердости технической керамики и монокристаллов.

При определении твердости всеми методами (кроме микротвердости) измеряют интегральное значение твердости материала (усредненное для всех структурных составляющих).

Значения твердости нельзя однозначно переводить в значения других механических свойств материала. Однако определение твердости является эффективным способом сравнения друг с другом однотипных материалов и контроля их качества.

Измерение твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю регламентирован ГОСТ 9012.

При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.

1. Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.
2. 
3. В качестве инденторов используют полированные (Ra 

Измерение твердости по методу Бринелля

Твердомер ТК-2М

Измерение твердости по методу Бринелля заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия.

Измерение твердости  по Бринеллю  производится для металлов с твердостью не более 650 единиц. Толщина образца должна быть не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка.

Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии)  должна быть не более 2,5 мкм.

Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки.

Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердомеры, как стационарные, так и переносные. Твердомер содержит набор наконечников со стальными шариками диаметром 10,0 5,0 2,5 2,0 и 1,0 мм, на которые в процессе измерения при помощи твердомера прилагается нагрузка от 1 до 3000 кгс.

Перед измерение образца необходимо в зависимости от металла и его твердости определить коэффициент К, для этого можно воспользоваться таблицей:

Усилие F в зависимости от значения К и диаметра шарика D устанавливают в соответствии с таблицей:

Диаметр шарика и усилие выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка был в пределах от 0,24 до 0,6 диаметра шарика.

Продолжительность выдержки наконечника под действием заданного усилия должна соответствовать таблице:

Диаметр отпечатка измеряют с помощью микроскопа или других средств измерения с предельной погрешностью:±0,5% (при применении шариков диаметром 1,0; 2,0 или 2,5 мм);

±0,25% (при применении шариков диаметром 5,0 и 10,0 мм) от диаметра шарика.

НВ — Твердость по Бринеллю при применении стального шарикаHBW — Твердость по Бринеллю при применении шарика из твердого сплава

Для определения твердости HB (HBW) по диаметру отпечатка необходимо воспользоваться таблицами величин из ГОСТ 9012-59 или определить твердость при  помощи онлайн калькулятора https://rcl-radio.ru/?p=57874

Метод Бринелля | это… Что такое Метод Бринелля?

Ме́тод Брине́лля — один из основных методов определения твёрдости.

История

Метод предложен шведским инженером Юханом Августом Бринеллем (1849—1925) в 1900 году, и стал первым широко используемым и стандартизированным методом определения твёрдости в материаловедении.

Методика проведения испытаний и расчёт твёрдости

Принципиальная схема

Отпечаток индентора на эталонном образце.
Твёрдость 96,5 HBW 10/1000/10

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале подводят образец к индентору, затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2-8 с, после достижения максимальной величины, нагрузка на индентор выдерживается в определенном интервале времени (обычно 10-15 с для сталей). Затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:

• 1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;
• 2 — чугун;
• 3 — медь и сплавы меди;
• 4 — легкие металлы и их сплавы;
• 5 — свинец, олово.

Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твердости образцов. При выборе условий испытаний следят за тем, чтобы толщина образца, как минимум, в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. И еще важно контролировать диаметр отпечатка, который должен находиться в пределах от 0,24D до 0,6D.

Твёрдость по Бринеллю HBW рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка (метод восстановленного отпечатка):

или как отношение приложенной нагрузки к площади внедренной в материал части индентора (метод невосстановленного отпечатка):

1. Нормативными документами определены диаметры индентора, время вдавливания, время выдержки под максимальной нагрузкой, минимальная толщина образца, минимальная и максимальная величины диагоналей отпечатка, максимальные нагрузки, группа исследуемого материала.
2. По ISO 6506-1:2005 регламентированы следующие основные нагрузки: 9,807 Н; 24,52 Н; 49,03 Н; 61,29 Н; 98,07 Н; 153,2 Н; 245,2 Н; 294,2 Н; 306,5 Н; 612,9 Н; 980,7 Н; 1226 Н; 2452 Н; 4903 Н; 7355 Н; 9807 Н; 14710 Н; 29420 Н.
3. Пример обозначения твердости по Бринеллю:
4. 600 HBW 10/3000/20,
5. где 600 — значение твердости по Бринеллю, кгс/мм²;
6. HBW — символьное обозначение твердости по Бринеллю;
7. 10 — диаметр шарика в мм;
8. 3000 — приблизительное значение эквивалентной нагрузки в кгс (3000 кгс = 29420 Н);
9. 20 — время действия нагрузки, с.
10. Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердомеры, как стационарные, так и переносные.

Типичные значения твёрдости для различных материалов

Преимущества и недостатки

Недостатки

• Метод можно применять только для материалов с твердостью до 650 HBW.
• Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки (обратный размерный эффект — reverse indentation size effect).
• При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
• Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.

Преимущества

• Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач:

Для стали

,

,

где  — предел текучести.

Для алюминиевых сплавов

Для медных сплавов

• Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.

• Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).

• Также метод Бринелля менее критичен к чистоте подготовленной под замер твёрдости поверхности.

Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по другим методам, например, Метод Виккерса и Метод Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля.

Перевод чисел твердости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твердости, как табличные, так и рассчитанные по уравнениям согласно ASTM E140 — 07, являются лишь приближенными и могут быть неточными для конкретных случаев.

С физической точки зрения, такое сравнение чисел твердости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла.

Нормативные документы

• ISO 6506-1:2005 «Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method»
• ДСТУ ISO 6506-1:2007 «Визначення твердості за Брінеллем. Частина 1. Метод випробування»
• ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»
• ASTM E140-07 «Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope Hardness»

См. также

Измерение твердости по Бринеллю

Рис. 1. Схема испытаний на твердость по Бринеллю

Твердость по методу Бринелля (ГОСТ
9012-59) измеряют вдавливанием в испытываемый
образец стального шарика определенного
диаметраD
под действием заданной нагрузки P
в течение определенного времени (Рис.
1). В результате вдавливания шарика на
поверхности образца получается отпечаток
(лунка).

Число твердости по Бринеллю,
обозначаемое HB,
представляет собой отношение нагрузки
P
к площади поверхности сферического
отпечатка F
и измеряется в кгс/мм2
или МПа:

• Площадь шарового
  сегмента составит:
• ,
  мм2 (3)
• где D
  –диаметр шарика, (мм);
• h
  – глубина отпечатка, (мм).
• Так как глубину
  отпечатка измерить трудно, а проще
  измерить диаметр отпечатка d,
  выражают h
  через диаметр шарика D
  и отпечатка d:

png» width=»109″>

1. Тогда , (мм2) (5)
2. Число твердости
   по Бринеллю определяется по формуле:

3. png» width=»166″>, (кгс/мм2) (6)

Для перевода
твердости по Бринеллю в единицы СИ
необходимо умножить число твердости в
кгс/мм2
на 9,81, т.е. HB=9,81*HB
(МПа).

Для получения
сопоставимых результатов при определении
твердости HB
шариками различного диаметра необходимо
соблюдать условие подобия.

Рис. 1.1 Схемы испытаний на твердость:

а – по Бринеллю, б – по Виккерсу, в – по Роквеллу

Из этой формулы видно, что значениеHB
будет оставаться постоянным, если и.

В практике при
определении твердости не делают
вычислений по формуле (6), а пользуются
таблицами, составленными для установленных
диаметров шариков, отпечатков и нагрузок.
Шарики применяют диаметром 10,5 и 2,5 мм.

Диаметр шарика и нагрузка выбираются
в соответствии с толщиной и твердостью
образца (табл. 1). При этом для получения
одинаковых чисел твердости одного
материала при испытании шариками разных
диаметров необходимо соблюдать закон
подобия между получаемыми диаметрами
отпечатков.

Поэтому твердость измеряют
при постоянном соотношении между
величиной нагрузки P
и квадратом диаметра шарика D2.
Это соотношение должно быть различным
для металлов разной твердости.

Метод Бринелля не
рекомендуется применять для материалов
с твердостью более 450 HB,
так, как стальной шарик может заметно
деформироваться, что внесет погрешность
в результаты испытаний.

Таблица 1

Условия испытания металлов на твердость по Бринеллю

Число твердости
по Бринеллю, измеренное при стандартном
испытании (D
= 10 мм, P
= 3000 кгс), записывается так: HB
350.

Если испытания проведены при других
условиях, то запись будет иметь следующий
вид: HB
5/250/30-200, что означает – число твердости
200 получено при испытании шариком
диаметром 5 мм под нагрузкой 250 кгс и
длительности нагрузки 30 с.

При измерении
твердости по методу бринелля необходимо
выполнять следующие условия:

• образцы с твердостью выше HB 450 кгс/мм2 (4500 МПа) испытывать запрещается;
• поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
• диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2Dd0,6D;
• образцы должны иметь толщину не менее 10 – кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика);
• расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4d.

О

Рис. 2 Схема прибора для измерения твердости по методу Бринелля

пределение твердостиHB
производится на прессе Бринелля
(твердомер типа ТШ) в следующем порядке.
Испытываемый образец (деталь) устанавливают
на столике 1 (Рис. 2) шлифованной поверхностью
кверху.

Поворотом маховика 2 по часовой
стрелке столик прибора поднимают так,
чтобы шарик 4 мог вдавиться в испытываемую
поверхность. Маховик 2 вращают до упора,
и нажатием кнопки включают электродвигатель
6. Двигатель перемещает коромысло и
постепенно нагружает шток с закрепленным
в нем шариком.

Шарик под действием
нагрузки 3, сообщаемой приведенным к
коромыслу грузом, вдавливается в
испытываемый материал. Нагрузка действует
в течение определенного времени (10 …
60 с), задаваемого реле времени, после
чего вал двигателя, вращаясь в обратную
сторону, соответственно перемещает
коромысло и снимает нагрузку.

После
автоматического выключения двигателя,
поворачивая маховик 2 против часовой
стрелки, опускают столик прибора и
снимают образец.

Диаметр отпечатка
измеряют при помощи отсчетного микроскопа
(лупы Бринелля), на окуляре которого
имеется шкала с делениями, соответствующими
десятым долям миллиметра.

Измерение
проводят с точностью до 0,05 мм в двух
взаимно перпендикулярных направлениях;
для определения твердости следует
принимать среднюю из полученных величин.