Измерение твердости по Бринеллю

Твердость – это способность металла пластически подвергаться деформации под действием объекта, который имеет более высокую твердость. Для определения этого параметра используют разные способы, в том числе – измерение твердости по Бринеллю. Этот метод был предложен шведским инженером Йоханом Августом Бринеллем в 1900 году и с тех пор широко применяется в металлургии и машиностроении.

Преимущества измерения твердости по Бринеллю

Измерение твердости по Бринеллю имеет несколько преимуществ и недостатков. Их следует обязательно учитывать при выборе метода определения твердости. Если говорить о преимуществах, то нужно отметить:

• возможность быстро определить предел прочности и текучести. Зная твердость по Бринеллю, можно быстро определить эти параметры, используя специальные таблицы или формулы.
• наличие огромного  количества технической документации. Это преимущество обусловлено тем, что данный метод успешно используется на протяжении более 100 лет. Подобный вариант измерения имеет признание в мировой практике, что облегчает обмен данными и сравнение результатов между разными лабораториями и организациями.
• точность и надежность. Данный метод считается более точным и надежным, чем измерения Роквелла и Виккерса. Это обусловлено тем, что он менее зависимый от микроструктуры и неоднородности материала.

Метод измерения твердости металлов по Бринеллю также менее критичен к чистоте подготовленной под замер твердости поверхности. Данный факт объясняется тем, что используемый шарик имеет большую площадь контакта с образцом.

Также стоит отметить, что метод измерения твердости по Бринеллю позволяет определить твердость не только по поверхности, но и по сечению образца. Эта возможность будет для анализа различных фаз и структурных составляющих материала, а также для контроля термической обработки и закалки.

Метод измерения твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю заключается во вдавливании стального шарика под действием усилия, которое приложено перпендикулярно к поверхности образца. В результате образуется отпечаток, диаметр которого измеряется с помощью микроскопа или специального прибора.

Измерение твердости по методу Бринелля по ГОСТ

Для измерения твердости по Бринеллю по ГОСТу используются стальные шарики или шарики из карбида вольфрама разного диаметра (от 1 до 10 мм) и разной нагрузки (от 1 до 3000 кгс). При проведении испытаний необходимо соблюдать следующие правила:

• образцы с твердостью выше HB 450/650 кгс/мм2 испытывать запрещается;
• поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
• образцы должны иметь толщину не менее 10-кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика);
• расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5-кратного диаметра шарика;
• расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 3-кратного диаметра шарика;
• для получения более точных результатов рекомендуется делать не менее трех отпечатков на одном образце и вычислять среднее арифметическое значение твердости.

Оборудование для измерения твердости по методу Бринелля

1. Автоматический рычажный пресс. Это устройство позволяет приложить к шарику необходимое усилие и поддерживать его в течение заданного времени. Пресс должен быть установлен на ровной и твердой поверхности, а образец – закреплен в специальном зажиме.
2. Образцы стали и сплавов цветных металлов разной толщины. Это материалы, которые требуют определения показателя твердости.
3. Лупа для измерения диаметра отпечатка или бривископ. Это оптический прибор, который позволяют измерить диаметр отпечатка с помощью шкалы или цифрового дисплея. Лупа должна иметь увеличение не менее 10-кратного, а бривископ – не менее 20-кратного. При измерении диаметра отпечатка необходимо учитывать погрешность прибора и среднее значение из двух перпендикулярных измерений.

Недостатки измерение твердости металлов методом Бринелля

Во-первых, его можно применять только для материалов с твердостью до 450 HB, если использовать стальной закаленный шарик. Как альтернатива, применяют шарики из твердого сплава на основе карбида вольфрама (WC). В этом случае можно повысить верхний предел измерения твердости до 600 HBW. Но при этом необходимо учитывать поправочный коэффициент, так как шарик из WC имеет более высокую упругость, чем стальной.

Во-вторых, твердость по Бринеллю зависит от нагрузки, так как изменение глубины вдавливания не пропорционально изменению площади отпечатка. Поэтому при сравнении результатов измерения твердости разных материалов необходимо учитывать, что они получены при одинаковых условиях испытаний (шарик, нагрузка, время выдержки).

В-третьих, при вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы. Эта особенность затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка. Для устранения этого недостатка необходимо проводить дополнительную обработку поверхности образца (шлифование, полирование) или использовать специальные приборы с автоматическим измерением диаметра отпечатка.

Измерение твердости металлов методом Бринелля – это один из наиболее точных способов, позволяющих определить их способность сопротивляться деформации. Данная методика востребована за счет возможности найти предел прочности и текучести материала, а также простоты и удобство проведения испытаний. В целом, метод Бринелля считается универсальным и общепризнанным способом измерения твердости металлов и сплавов.