Метод Бринелля

Этот метод назван именем шведского инженера Бринелля (Brinell) Юхана Августа (1849 - 1925), предложенного им в 1900 г.

Метод измерения твердости металлов по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) заключается во вдавливании шарика стального или из твердого сплава диаметром D в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка d после снятия силы (рис. 3.1). Число твердости по Бринеллю оп­ределяется как частное от деления нагрузки F (кгс), приложенной к шарику, на площадь поверхности сферического отпечатка А (мм²):

A = πDh =

(3.1)

Стандартом предусмотрены следующие диаметры стальных шариков: 10; 5; 2,5; 2; и 1 мм. Для получения одинаковых значений твердости при испытаниях одного и того же металла шариками разного диаметра необходимо, чтобы соблюдалось соотношение между размером шарика и действующей на него нагрузкой К = F/D². Отношение К подбирается из ряда значений, приводимых в ГОСТе, с учетом свойств металла так, чтобы соотношение между диаметрами шарика и отпечатка было в некотором диапазоне (d/D = 0,24 - 0,6). Например, для сталей и высокопрочных сплавов ГОСТ рекомендует принимать отношение К = 30, для цветных металлов и сплавов принимают К = 10, а для очень мягких металлов - К = 2,5 (подшипниковые сплавы) или даже К = 1 (свинец, олово).

На практике по диаметру d отпечатка находят число твёрдости НВ, используя таблицы, составленные для каждого из рекомендуемых соотношений F и D. Современное оборудование позволяет находить твёрдость, определяя глубину h внедрения шарика.

Пластическое деформирование объемов металла в окрестности внедряемого наконечника связано с прохождением в них структурных изменений. Длительность протекания этих процессов зависит от свойств металла. Для чёрных металлов достаточно 10 - 15 секунд выдержки под нагрузкой, для большинства цветных - 30 секунд. В некоторых случаях для завершения пластического течения устанавливают 180 секунд или особо оговаривают условия испытания.

Когда твердость испытуемого металла соизмерима с твердостью индентора - стального шарика, то вследствие деформации шарика искажа- ется форма отпечатка, что влияет на точность результатов. Во избежание существенных ошибок вследствие смятия шарика вводится ограничение на применение метода Бринелля: испытывают материалы с твердостью не превышающей 450 НВ. Для испытаний весьма твердых материалов используют другие методы, например, Виккерса или Роквелла, где в качестве индентора используют алмаз - самый твердый материал в природе.

Твердость по Бринеллю обозначают символами НВ (Hardness Brinell), НВW:

НВ - при применении стального шарика (твердость детали менее 450 единиц);

HBW - при применении шарика из твердого сплава (твердость детали более 450 единиц).

Символу НВ (HBW) предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, а после символа указывают диаметр шарика, значение приложенной силы (в кгс), продолжительность выдержки, если она отличается от 10 или 15 секунд.

Примеры обозначений:

250 НВ 5/750 - твердость по Бринеллю 250, измеренная стальным шариком диаметром 5 мм, при нагрузке 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки 10 - 15 с;

575 HBW 2,5/187,5/30 - твердость по Бринеллю 575, измеренная шариком из твердого сплава диаметром 2,5 мм, при нагрузке 187,5 кгс (1839 Н) и продолжительности выдержки под нагрузкой 30 с.

При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки 10 - 15 секунд твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или НВW (например, 300 НВ).