- Метод Бринелля
-
Ме́тод Брине́лля — один из основных методов определения твёрдости.
Содержание
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
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):
,
где — приложенная нагрузка, Н;
— диаметр шарика, мм;
— диаметр отпечатка, мм,
или как отношение приложенной нагрузки к площади внедренной в материал части индентора (метод невосстановленного отпечатка):
,
где — глубина внедрения индентора, мм.
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.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.
Пример обозначения твердости по Бринеллю:600 HBW 10/3000/20,
где 600 — значение твердости по Бринеллю, кгс/мм²;
HBW — символьное обозначение твердости по Бринеллю;
10 — диаметр шарика в мм;
3000 — приблизительное значение эквивалентной нагрузки в кгс (3000 кгс = 29420 Н);
20 — время действия нагрузки, с.
Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердомеры, как стационарные, так и переносные.
Типичные значения твёрдости для различных материалов
Материал Твёрдость 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 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 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 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
- Твёрдость
- Тест твёрдости Янка
- Твёрдость по Виккерсу
- Твёрдость по Шору
- Твёрдость по Роквеллу
- Шкала Мооса
Для улучшения этой статьи желательно?: - Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Переработать оформление в соответствии с правилами написания статей.
Категории:- Материаловедение
- Методы экспериментальной физики
Wikimedia Foundation. 2010.