Определение твердости по методу Бринелля

Сущность метода (ГОСТ 9012-59) заключается во вдавливании стального шарика диаметром D в образец под действием нагрузки P и измерением диаметра отпечатка d после снятия испытательной нагрузки (рис.1, а).

а

б

Рис.1. Измерение твердости по Бринеллю: а – схема испытания; б – прибор для измерения твердости: 1- столик, 2 – маховик; 3 – грузы, 4 – индентор (шарик), 5 – электродвигатель.

Испытуемый образец устанавливают на столик прибора (рис.1, б), затем с помощью маховика столик поднимают (поднимать столик следует до упора); затем нажатием кнопки включают двигатель. В течение определенного времени к образцу прикладывается выбранная нагрузка, после снятия которой, столик с образцом отводится, и на образце с помощью специальной лупы измеряют диаметр отпечатка (цена деления лупы – 0,1 мм).

При определении твердости по Бринеллю индентором служит стальной закаленный шарик диаметром 2,5; 5,0 или 10 мм. Твердость по Бринеллю обозначается цифрами, характеризующими величину твердости и буквами НВ, например 185 НВ.

Число твердости по Бринеллю НВ определяется как отношение нагрузки к площади отпечатка:

(1)

В практике определения твердости не делают вычислений по формуле (1), а пользуются таблицей, составленной для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок (табл. 2).

При выборе диаметра шарика и нагрузки следует руководствоваться данными табл.1, при этом для получения сопоставимых результатов при измерении твердости образцов из одного материала, имеющих разную толщину, необходимо, чтобы отношение Р/D² оставалось неизменным.;

При измерении твердости на приборе Бринелля необходимо выполнить следующие требования:

1. поверхность образца должна быть плоской, чтобы края отпечатка были отчетливо видны при измерении его диаметра; давление прикладывается перпендикулярно поверхности образца. Поверхность образца в зоне нагружения должна быть свободной от окалины и других посторонних веществ;

2. расстояние от центра отпечатка до края образца не должно быть менее чем 2,5d, а расстояние между центрами соседних отпечатков – 4d;

3. диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D<d<0,6D;

4. минимальную толщину образцов выбирают не менее десятикратной глубины отпечатка; на обратной стороне испытуемого образца не должно быть заметно следов деформаций.

Как видно, большинство этих требований направлено на устранение влияния различных искажающих факторов и только при выполнении этих требований можно получить достоверные и воспроизводимые значения твердости

Образцы с твердостью более 450 НВ на приборе Бринелля испытывать запрещается.

Таблица 1

Условия испытаний при измерении твердости по Бринеллю

металлы	Интервал твердости НВ	Толщина образца, мм	Соотношение между P и D2	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка P, кг	Выдержка под нагрузкой, с
Черные	140 – 450	6 – 3 4 – 2 менее 2	P=30D2	10 5 2,5	3000 750 187,5	10
Черные	≤140	более 6 6 – 3 менее 3	P=10D2	10 5 2,5	1000 250 62,5	10
Цветные	≥130	6 – 3 4 – 2 более 2	P=30D2	10 5 2,5	3000 750 187,5	30
Цветные	35 – 130	9 - 3 6 – 3 2 – 3	P=10D2	10 5 2,5	1000 250 62,5	30
Цветные	8 – 35 8 – 35 8 – 35	Более 6 6 – 3 менее 3	P=2,5D2	10 5 2,5	250 62,5 25,6	60

Между числом твердости по Бринеллю НВ и пределом прочности при растяжении _в (МПа) существуют соотношения:

сталь (НВ = 125 – 175)…………………………………...	в ≈ 3,4 НВ;
сталь (НВ = 175 – 450)…………………………………...	в ≈ 3,5 НВ;
серый чугун………………………………………………	в ≈ (НВ-40)/6;
алюминий и алюминиевые сплавы (НВ = 20 – 45)……	в ≈ 3,3 – 3,6 НВ;
дуралюмин: отожженный………………………….	в ≈ 3,6 НВ;
после закалки и старения…………...	в ≈ 3,5 НВ;
медь, латунь, бронза отожженная………………………	в ≈ 5,5 НВ;
наклепанная……………………...	в ≈ 4,0 НВ.

Таблица 2

Соотношение чисел твердости, определенных различными методами

Диаметр отпечатка, мм	При испытании вдавливанием
	стального шарика 10/3000 на приборе Бринелля НВ	алмазного конуса или стального шарика на приборе Роквелла при различных нагрузках			алмазной пирамиды на приборе Виккерса HV
		150 кг (конус) HRC	60 кг (конус) HRA	100 кг (шарик) HRB
2,20	780	72	84	-	1124
2,30	712	68	82	-	1022
2,40	653	64	80	-	868
2,50	601	60	78	-	746
2,60	555	56	77	-	650
2,70	524	52	75	-	587
2,80	477	49	74	-	534
2,90	444	46	73	-	474
3,00	415	43	72	-	435
3,10	388	41	71	-	401
3,20	363	39	70	-	380
3,30	341	36	68	-	344
3,40	321	33	67	-	320
3,50	302	31	66	-	303
3,60	285	29	65	-	285
3,70	269	27	64	-	270
3,80	255	25	63	-	255
3,90	241	23	62	102	240
4,00	229	21	61	100	228
4,10	217	19	60	98	217
4,20	207	15	59	95	208
4,30	197	13	58	93	197
4,40	187	11	57	91	186
4,50	179	8	56	90	178