Визначення твердості за методом Брінелля

Одним з найпоширеніших способів визначення твердості є метод Брінелля. Метод Брінелля – це 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 с).

Цей метод відноситься до способів оцінки твердості, що базується на принципі вдавлювання індентора (полірованої загартованої сталевої кульки, або кульки з твердого сплаву – для матеріалів твердістю більше 450 одиниць). 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 10–30 с, вимірюється глибина вдавлювання, після чого основне навантаження знімається і вимірюється діаметр відбитка індентора на випробуваному зразку.

При визначенні твердості за методом Брінелля, на відміну від методу Роквелла, виміри проводять до пружного відновлення матеріалу. Індентор вдавлюють в поверхню випробуваного зразка (завтовшки не менше 4 мм) з регламентованим зусиллям.

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

, (27)

 

де Р – прикладене навантаження, кПа;

D – діаметр кульки, мм;

d – діаметр відбитку, мм,

або за формулою:

, (28)

 

де h – глибина вдавлювання індентора, мм.

Найпоширеніші діаметри кульки – 10, 5, 2,5, 1 мм і навантаження187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1000 кгс, 3000 кгс (1 кгс = 9,807 Н). Для вибору діаметра кульки зазвичай використовують наступне правило: діаметр відбитку повинен лежати в межах 0,2–0,7 діаметру кульки.

На кресленнях твердість за Брінеллем позначаються символом НВ або HBW:

НВ – при використанні сталевої кульки (для металів та сплавів твердістю менше 450 одиниць);

HBW – при використанні кульки із твердого сплаву (для металів та сплавів твердістю більше 450 одиниць).

Символу НВ (HBW) передує числове значення твердості з трьох значущих цифр, а після символів вказують діаметр кульки, значення навантаження(у кгс), тривалість навантаження, якщо вона відмінна від 10 до 15 с.

Приклади позначення:

250 НВ 5/750 – твердість за Брінеллем 250, що визначена з використанням сталевої кульки діаметром 5 мм при навантажені силою 750 кгс (7355 Н) та при тривалості навантаження від 10 до 15 с;

575 HBW 2,5/187,5/30 – твердість за Брінеллем 575, що визначена з використанням кульки із твердого сплаву діаметром 2,5 мм при навантажені силою 187,5 кгс (1839 Н) та при тривалості навантаження 30 с.

При визначені твердості стальною кулькою або кулькою з твердого сплаву діаметром 10 мм при навантажені силою 3000 кгс (29 420 Н) та при тривалості навантаження від 10 до 15 с твердість за Брінеллем позначають тільки числовим значенням твердості та символом НВ або HBW.

Приклади позначення: 185 НВ; 600 HBW.

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

Для сталі

, (29)

 

де – границя міцності;

 

, (30)

 

де – границя текучості.

Для алюмінієвих сплавів

. (31)