4.2.3 Метод измерения твердости по Бринеллю

4.2.3.1 Принцип метода Бринелля

Метод Бринелля – это классический метод определения твердости материалов, основанный на вдавливании закаленного стального шарика (индентора) в поверхность образца под действием строго определенной нагрузки. При этом на поверхности испытуемого материала образуется отпечаток (лунка) сферической формы. Диаметр отпечатка измеряется после снятия нагрузки. Чем мягче материал, тем больше диаметр отпечатка при одинаковой нагрузке. Твердость по Бринеллю вычисляется как отношение приложенной нагрузки к площади сферической поверхности отпечатка. Метод Бринелля является статическим методом, то есть нагрузка прикладывается плавно и выдерживается в течение определенного времени.

4.2.3.2 Инденторы, нагрузки и шкала Бринелля

В методе Бринелля используются стальные шарики различного диаметра, изготовленные из закаленной стали или карбида вольфрама. Стальные шарики применяются для измерения твердости относительно мягких материалов, а шарики из карбида вольфрама применяются для измерения более твердых материалов.

Диаметры инденторов:

• 10 мм – наиболее распространенный диаметр для измерения твердости сравнительно мягких материалов (чугун, медь, алюминий и их сплавы и т.д.).

• 5 мм – используется для измерения твердости более твердых материалов, а также для более тонких образцов.

• 2,5 мм – применяется для измерения твердости мелких деталей или образцов с небольшой площадью.

• 1 мм – применяется для измерения твердости очень тонких образцов и покрытий.

Нагрузки: Величина нагрузки (P) при измерении твердости по Бринеллю зависит от диаметра шарика (D) и твердости материала. Рекомендуемые нагрузки составляют от 1 до 3000 кгс, и они выбираются таким образом, чтобы диаметр отпечатка (d) находился в пределах 0,25 - 0,6 от диаметра шарика.

Формула для расчета твердости по Бринеллю (HB):

где:

* HB — твердость по Бринеллю;

* P — приложенная нагрузка в кгс;

* D — диаметр шарика в мм;

* d — диаметр отпечатка в мм.

Шкала Бринелля: обычно используется одна шкала твердости, обозначаемая как HB (твердость по Бринеллю) или HBW (твердость по Бринеллю с использованием шарика из карбида вольфрама). Значение твердости указывается с указанием используемого диаметра шарика и приложенной нагрузки, например, 150 HB 10/3000/10, где 150 - значение твердости, 10 - диаметр шарика в мм, 3000 - нагрузка в кгс, 10 - время выдержки в секундах.

4.2.3.3 Подготовка к измерениям, методика измерения твердости по Бринеллю и особенности

Процедура измерения твердости по Бринеллю включает следующие этапы:

1. Подготовка образца: Поверхность образца должна быть чистой, ровной и гладкой. Необходимо удалить с поверхности окалину, ржавчину, масло и другие загрязнения. Для этого могут использоваться шлифовка, полировка или обезжиривание.

2. Выбор шарика и нагрузки: Выберите диаметр шарика и величину нагрузки, исходя из типа материала и его предполагаемой твердости. Для мягких материалов используются шарики большего диаметра и меньшие нагрузки, для твердых - шарики меньшего диаметра и большие нагрузки.

3. Установка образца: установите образец на предметный столик твердомера. Обеспечьте надежную опору образца и точное его позиционирование под индентором.

4. Приложение нагрузки: плавно, без рывков, приложите нагрузку. В этом положении шарик вдавливается в материал, оставляя отпечаток.

5. Время выдержки: выдержите образец под нагрузкой в течение определенного времени (обычно 10-15 секунд, если не указано иное в стандарте). Это время необходимо для того, чтобы произошла полная пластическая деформация материала.

6. Снятие нагрузки: По истечении времени выдержки, нагрузка снимается.

7. Измерение диаметра отпечатка: после снятия нагрузки, измерьте диаметр отпечатка (d) с помощью микроскопа или окулярного микрометра. Измерения проводят в двух взаимно перпендикулярных направлениях и рассчитывают среднее арифметическое значение.

8. Расчет твердости: Рассчитайте твердость по Бринеллю (HB) по приведенной выше формуле.

9. Запись результата: Запишите полученное значение твердости, указав диаметр шарика, нагрузку и время выдержки, например: 120 HB 5/750/10.

10. Повторение измерений: для повышения точности результатов измерения следует выполнить несколько раз в разных точках поверхности образца и определить среднее значение, а также дисперсию и СКО измерений.