1. Испытания на твердость по бринеллю

Этот способ измерения твердости используют для испытания металлических и неметаллических материалов: в образец (изделие) под действием нагрузки, приложенной без удара перпендикулярно его поверхности, вдавливают стальной шарик. Используют стальной закаленный шарик или шарик из твердого сплава диаметром D (1;2;2,5;5;10 мм). В результате на поверхности образца образуется отпечаток, диаметр которого измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точностью 0,25 % диаметра шарика. Шарик вдавливают с помощью пресса (рис.1), в некоторых конструкциях давление осуществляют гидравлическим способом, в других — грузами, которые передвигаются электродвигателем.

Образец устанавливают на столике 1 зашлифованной поверхностью кверху. Поворотом маховика 2 столик прибора поднимается так, чтобы шарик 4 мог вдавиться в испытуемую поверхность. Затем включают электродвигатель 5, который сначала перемещает коромысло и постепенно нагружает шток, а следовательно, и вдавливает шарик под действием нагрузки 3, сообщаемой привешенным к коромыслу грузом. Эта нагрузка действует определенное время (10…15 с для черных и 10…180 с для цветных металлов в зависимости от твердости), после чего вал, вращаясь в обратном направлении, снимает нагрузку.

На испытуемом материале в результате вдавливания шарика, получают сферический отпечаток (рис. 2, а) по диаметру полученной лунки d определяют твердость по Бриннелю НВ. Измерение d проводится под лупой с точностью (рис. 2, б). Твердость по Бриннелю — это отношение усилия Р к площади поверх

Рис.1. Схема прибора для измерения твердости по Бринеллю

а) б)

Рис.2. Схема испытания твердости по Бринеллю (а),

и измерение диаметра отпечатки (б).

ности полученного сферического отпечатка F, которая вычисляется по следующей формуле:

(1)

где Р — нагрузка, Н; D — диаметр шарика, мм; d — диаметр отпечатка, мм.

Твердость, выражается в единицах СИ, рассчитывается так:

, МПа. (2)

Усилие вдавливания Р, диаметр шарика D и время испытаний τ выбирают в зависимости от материала по табл. 2 и 3.

Таблица 2.

Примеры выбора времени нагрузки в зависимости от материала используемого образца

Твердость по Бриннелю НВ (НВW), кгс/мм2 (МПа)	Продолжительность выдержки τ,с
до 10 (100) св. 10 до 35 (св. 100 до 350) св. 35 до 100 (св. 350 до 1000) св. 100 (св. 1000)	180 120 30 10-15

Таблица.3

Примеры выбора диаметра шарика в зависимости от усилия вдавливания.

Диаметр шарика D, мм	Усилие Р, Н
1,0 2,0 2,5 5,0 10,0	от 10 до 300 от 40 до 1180 от 61 до 1840 от 245 до 7350 от 980 до 29400

Испытание считается действительным, если диаметр отпечатка лежит в пределах 0,24 D d 0,6 D . В других случаях испытания требуют корректировки в соответствии с ГОСТ 9012-59.

Метод Бринелля позволяет измерять твердость в пределах от 8 до 450 единиц НВ стальным закаленным шариком и от 450 до 650 — шариком из твердого сплава.

Если при испытаниях Р = 3000 кгс, диаметр шарика D = 10 мм и продолжительность выдержки испытательного усилия τ от 10 до 15 секунд получена твердость 200 кгс/мм², то твердость обозначается 200 НВ.

Во всех остальных случаях, связанных с изменением условий измерения твердости, в обозначении обязательно указываются используемые диаметр шарика, нагрузка и время выдержки.

Например, 200 НВ 5/750/20, где D = 5мм; Р = 750 кгс; τ = 20 с; 200 — расчетное значение твердости.

При измерении твердости шариком из твердого, сплава, твердость обозначается НВW (500 НВW).

Между пределом прочности σ_в (МПа) и числом твердости НВ различных материалов существует следующая зависимость: для стали с НВ до 175 — σ_в ≈ 0,34 НВ, для стали с НВ от 175 до 450 — σ_в ≈ 0,35 НВ, для медных отожженных сплавов — σ_в ≈ 0,55 НВ, для алюминиевых сплавов — σ_в ≈ (0,35…0,36) НВ.