Випробування на твердість за Брінеллем

Випробування на твердість за Брінеллем — 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).

Випробування на твердість за Брінеллем
Названо на честь	Юган Авґуст Брінелль
Першовідкривач або винахідник	Юган Авґуст Брінелль
Формула	${\displaystyle \operatorname {BHN} ={\frac {2P}{\pi D\left(D-{\sqrt {D^{2}-d^{2}}}\right)}}}$
Підтримується Вікіпроєктом	Вікіпедія:Проєкт:Математика
Випробування на твердість за Брінеллем у Вікісховищі

Схема випробування

Метод запропонував шведський інженер Юхан Брінелль (швед. Johan August Brinell) в 1900 році.

Методика проведення випробувань та розрахунку твердості

Ручний твердомір Брінелля

Цей метод відноситься до способів оцінки твердості, що базуються на принципі вдавлювання індентера (полірованої загартованої сталевої кульки) в матеріал. Випробування проводиться таким чином: спочатку дають невелике попереднє навантаження для встановлення початкового положення індентера на зразку, потім додається основне навантаження, зразок витримують під дією навантаження протягом 10-30 с, вимірюється глибина вдавлювання, після чого основне навантаження знімається. При визначенні твердості за методом Брінелля, на відміну від методу Роквелла, вимірювання проводять до пружного відновлення матеріалу. Індентор вдавлюють в поверхню випробовуваного зразка (завтовшки не менше 4 мм) з регламентованим зусиллям.

У іншому варіанті зусилля збільшується до досягнення регламентованої глибини впровадження.

Твердість за Брінеллем HB розраховується як «прикладене навантаження», ділене на «площу поверхні відбитку»:

${\displaystyle {\mbox{HB}}={\frac {P}{{\frac {\pi D}{2}}\left(D-{\sqrt {D^{2}-d^{2}}}\right)}}}$,

де ${\displaystyle P}$ — прикладене навантаження, кПа;

${\displaystyle D}$ — діаметр кульки, мм;

${\displaystyle d}$ — діаметр відбитку, мм,

або за формулою:

${\displaystyle {\mbox{HB}}={\frac {P}{\pi Dh}}}$,

де ${\displaystyle h}$ — глибина вдавлювання індентера.

Найпоширеніші діаметри кульки — 10, 5, 2,5 і 1 мм, навантаження — 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс і 3 000 кгс. Для вибору діаметра кульки зазвичай використовують наступне правило: діаметр відбитку повинен лежати в межах 0,2-0,7 діаметра кульки. У методиках ISO і ASTM об'єднані метод з однією кулькою і різними навантаженнями та метод із застосуванням різних кульок, а також дана формула обчислення твердості, не залежної від навантаження.

Для визначення твердості по методу Брінелля використовують твердоміри, як автоматичні, так і ручні.

Типові значення твердості для різних матеріалів

Напівавтоматичний твердомір Брінелля

Переваги і недоліки

Недоліки

• Метод можна застосовувати тільки для порівняно м'яких матеріалів через кінцеве значення твердості самого індентора. Як альтернатива можливе застосування кульок з карбіду вольфраму (WC).
• Твердість за Брінеллем залежить від навантаження, оскільки зміна глибини втискування не пропорційна зміні площі відбитку.
• При втискуванні по краях відбитку через витискування матеріалу утворюється "підвищення", що ускладнює вимір глибини відбитку.
• Через великий розмір тіла вдавлювання (кульки) метод непридатний для тонких зразків матеріалу.

Переваги

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

Для сталі

${\displaystyle \sigma _{\mathrm {B} }={\frac {HB}{3}}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]={\frac {10HB}{3}}[MPa]}$,

де ${\displaystyle \sigma _{\mathrm {B} }}$ — границя міцності.

${\displaystyle \sigma _{T}={\frac {HB}{6}}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]={\frac {10HB}{6}}[MPa]}$,

де ${\displaystyle \sigma _{T}}$ — границя текучості.

Для алюмінієвих сплавів

${\displaystyle \sigma _{\mathrm {B} }=0,362{HB}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]=3,62{HB}[MPa]}$

Для мідних сплавів

${\displaystyle \sigma _{\mathrm {B} }=0,26{HB}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]=2,6{HB}[MPa]}$

• Так як метод Брінелля — один із найстаріших методів визначення твердості, накопичено багато технічної документації, де твердість матеріалів вказана за цим методом.

Нормативні документи

• International (ISO) and European (CEN) Standard
  • EN ISO 6506-1:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: test method
  • EN ISO 6506-2:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 2: verification and calibration of testing machine
  • EN ISO 6506-3:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 3: calibration of reference blocks
  • EN ISO 6506-4:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 4: Table of hardness values
• US standard (ASTM International)
  • ASTM E10-08: Standard method for Brinell hardness of metallic materials.

Див. також

Твердість
Метод Роквелла
Метод Віккерса
Шкала Мооса

Випробування на твердість за Кнупом

Джерела

• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.

Посилання

• Брінелля метод // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 38. — ISBN 978-966-7407-83-4.
• Rockwell to Brinell conversion chart [Архівовано 10 липня 2011 у Wayback Machine.]
• Struers hardness conversion table [Архівовано 16 липня 2011 у Wayback Machine.]
• Brinell Hardness HB conversion chart
• Martin Öberg Johan August Brinell — Inventor of the Brinell test and a pioneer in the metallurgical research of the properties of steel and iron [Архівовано 13 серпня 2013 у Wayback Machine.] (англ.)
• Johan August Brinell US 976145 A Method of treating steel and iron ingots [Архівовано 4 березня 2016 у Wayback Machine.] Patentdl Nov. 22, 1910. (англ.)