Измерение твердости по Бринеллю

Метод Бринелля применяется, когда необходимо определить твердость металла или сплава, если значение данной характеристики не превышает 650 единиц HB. Для испытания используется специальное оборудование. Чаще всего это стационарный пресс Бринелля. Как измеряется твердость по данному методу, какие нормативы регламентируют такие работы – об этом пойдет речь ниже.

Методика

Твердость по Бринеллю измеряется в соответствии с основным нормативом для данного метода – ГОСТ 9012-59. Во время испытания не должно быть:

• ударных и вибрационных воздействий на используемое оборудование;
• грязи, смазки и окалины на рабочих и опорных поверхностях образца и твердомера.

Сам образец размещают так, чтобы во время испытаний не допустить его смещения и прогиба. Измерение твердости по Бринеллю производится вдавливанием в поверхность металла специального механического тела – индентора. Для обычных измерений используется стальной шарик. Для расчета чисел твердости инструментальных сталей – индентор из карбида вольфрама.

Методика. Способ Бринелля заключается в том, что на поверхность оказывается механическое давление шариком-индентором. После того, как нагрузка снята, на испытуемом металле остается полусферическая вмятина (отпечаток). По площади ее поверхности оценивается число твердости. При испытании используются шарики Ø 1, 2,5, 5 и 10 мм. Размер и нагрузка подбираются в соответствии с исследуемым материалом. Рекомендуемые параметры испытаний приведены в таблице.

Требования. Данный метод предусматривает обязательное выполнение ряда таких условий:

• толщина образца должна быть в 10 и более раз больше, чем глубина полученного отпечатка;
• нагрузка подбирается так, чтобы величина полученного отпечатка находилась в диапазоне 20−60 % диаметра индентора;
• проведение измерения недопустимо, если точка приложения нагрузки находится вблизи кромки.

Нормированная продолжительность воздействия нагрузки составляет 10−15 секунд для стали и чугуна, 10−180 для алюминия, меди и их сплавов, а также других цветных металлов. Если металл имеет твердость более HB 450 при 650 кгс/мм², для испытаний следует выбирать иной метод, так как при измерении по Бринеллю будет деформирован сам индентор. Нагрузка (Р) выбирается в соответствии с видом материала. Условно приняты такие стандарты:

• для чугунов и сталей – 30 D²;
• для подшипниковых сплавов – 2,5 D²;
• для меди и ее сплавов – 10 D²;

где D – диаметр вдавливаемого шарика.

Принцип измерения. Для проведения испытаний применяется оборудование, которое называется прессами Бринелля. Оно обеспечивает плавное наращивание нагрузки до заданного уровня и ее стабильное значение в течение 10−15 секунд или иного требуемого времени. Испытуемый образец фиксируется на столе, после чего его поднимают вверх, до соприкосновения с индентором. Электродвигатель перемещает шарик вниз, вдавливая его в образец. Конечный результат испытаний считывается на шкале. Усовершенствованные модели твердомеров имеют более точную оптическую систему, сканирующую образец и отображающую результат на дисплее. При использовании портативных (переносных) приборов-твердомеров нагрузку устанавливают вручную, контролируя ее по шкале индикатора.

Расчеты. Размер отпечатка, полученного на образце, измеряют по двум взаимно перпендикулярным диаметрам с помощью микроскопа или лупы Бринелля. Из полученных данных вычисляют среднее арифметическое. Число твердости по Бринеллю измеряется как отношение приложенной нагрузки Р к площади отпечатка F. Для вычисления можно использовать формулу HB = 2P/(πD·√(D²-d²). В ней Р – приложенная нагрузка в кгс, D/d – диаметр индентора/отпечатка в мм. Однако в реальных условиях расчеты не проводятся, так как имеются готовые таблицы.

Следует помнить, что измерения по Бринеллю подходят не для всех материалов. Они могут применяться для черных металлов твердостью до 450 HB и цветных – не более 200. В этих случаях выбирается другая методика испытаний.