2. Измерение твёрдости по методу Бринелля

При определении твёрдости данным методом в поверхность материала с помощью пресса вдавливается стальной шарик диаметром 10 мм, 5 мм или 2,5 мм как показано на рисунках 2 и 3 (схема прибора приведена в приложении А). Шарик под нагрузкой выдерживается 10 – 60 секунд (таблица 1, приложение А), затем нагрузка снимается и по площади оставленного на поверхности образца отпечатка (лунки) рассчитывается твёрдость по Бринелю (Н/м²= Па) (формула 1). Для определения площади отпечатка с помощью измерительной лупы (например, МПБ-3, рисунок 4) измеряется его диаметр в двух взаимно перпендикулярных направлениях, как показано на рисунке 5, и вычисляется среднеарифметическая величина.

Рисунок 2 – Измерение твёрдости по методу Бринелля

НВ (МПа)=Р/S = 2Р / [πD (D – )] (1)

где Р – нагрузка в Ньютонах;

S– площадь поверхности отпечатка, м²;

D– диаметр шарика, м;

d– диаметр отпечатка, м.

Ранее твёрдость измерялась в единицах НВ = кГ/мм². Эти единицы широко использовались в справочной литературе и для перехода в систему СИ (МПа) приводимые данные надо умножать на коэффициент 9,80665 ≈ 9,8.

(1 кГ = 9,80665 Н; 1 мм²= 1 х 10^-6м²).

Рисунок 3 – Наконечники с шариками диаметров 10; 5 и 2,5 мм для определения твёрдости по методу Бринеля

Рисунок 4 – измерительная лупа МПБ-3

(цена деления шкалы 0,02 мм или 0,04 мм)

При проведении испытаний следует соблюдать следующие правила:

• расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее, чем 2,5 d;

• расстояние между центрами двух соседних отпечатков не должно быть менее 4,0 d;

• диаметр отпечатка должен находиться в пределах 0,2 D<d< 0,6D.

При вдавливании шарика на разную глубину (т.е. с разной нагрузкой) для одного и того же материала, закон подобия не соблюдается для получаемых диаметров отпечатка. Наибольшие отклонения наблюдаются при очень малых диаметрах (малая нагрузка) и очень больших диаметрах отпечатка (больших нагрузках), поэтому твёрдость измеряют при постоянном соотношении между величиной нагрузки Ри квадратом диаметра шарикаD²( таблица А.1)

____________40 мм______________‌‌

Рисунок 5 – Лунки после вдавливания шарика

а б

а – правильно; б – неправильно

Рисунок 6 – вид лунки при измерение твёрдости по методу Бринелля

При измерении твёрдости по методу Бринелля необходимо соблюдать следующие правила:

• толщина образца, твёрдость которого измеряют, не должна быть менее десятикратной глубины отпечатка;

• толщина поверхностного слоя, твёрдость которого измеряют, не должна быть менее 1 – 2 мм;

• твёрдость измеряемых образцов должна находиться в диапазоне 80 – 4500 МПа (8 – 450 НВ) при температуре 20 ± 10^оС.

На практике пользуются заранее составленными таблицами, позволяющими определить твёрдости по диаметру отпечатка.

Между пределом прочности (σ_в, МПа) и величиной твёрдости (НВ, МПа) пластичных металлов существует зависимость:

Сталь с твёрдостью 1200 – 1750 МПа ………………. σ_в ≈ 0,34 НВ (МПа)

Сталь с твёрдостью 1750 – 4500 МПа ……………… σ_в ≈ 0,35 НВ (МПа)

Медь, латунь, бронза отожжённые …………………... σ_в ≈ 0,55 НВ (МПа)

Медь, латунь, бронза наклёпанные …………………... σ_в ≈ 0,40 НВ (МПа)

Алюминий и алюминиевые сплавы с

твёрдостью 200 – 450 МПа ………………………σ_в ≈ (0,33 – 0,3) НВ (МПа)

Дуралюмин отожжённый ………………………………. σ_в ≈ 0,36 НВ (МПа)

Дуралюмин после закалки и старения ………………….. σ_в ≈ 0,35 НВ (МПа)

Общего точного метода перевода чисел твёрдости по Бринеллю на числа твёрдости по другим шкалам не существует.Поверка приборов дляизмерения твёрдости по Бринеллю производится с помощью образцовых мер твёрдости.