Измерение твердости по Бринеллю

Что такое метод измерения твердости по Бринеллю

Метод измерения твердости по Бринеллю относится к статическим методам вдавливания. В поверхность образца с заданным усилием вдавливают шарик из твердого сплава (карбида вольфрама), выдерживают нагрузку и после ее снятия измеряют диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Чем меньше отпечаток при одной и той же нагрузке, тем тверже материал.

Число твердости HB — это отношение испытательной нагрузки к площади сферической поверхности отпечатка. Его вычисляют по формуле HB = 0,102 · 2F / (πD(D − √(D² − d²))), где F — нагрузка в ньютонах, D — диаметр шарика, d — средний диаметр отпечатка в миллиметрах. На практике значение берут из таблиц стандарта или рассчитывает программа твердомера.

Отпечаток по Бринеллю заметно крупнее, чем у других методов вдавливания, поэтому результат усредняет свойства по большему объему металла. Благодаря этому твердость металла по методу Бринелля хорошо отражает свойства неоднородных и крупнозернистых материалов — чугуна, литья, поковок, где точечный замер мог бы попасть в отдельное зерно, графитное включение или пору. Испытания проводим по ГОСТ 9012-59.

Для каких материалов подходит измерение по Бринеллю

Метод не применяют для сталей, закаленных до высокой твердости, тонких листов и поверхностно упрочненных слоев (цементация, азотирование, покрытия): шарик продавит слой, а результат будет относиться к основному металлу. В таких случаях подбираем измерение по Роквеллу или Виккерсу.

Нагрузка и диаметр шарика: как подбирают режим

Чтобы результаты разных испытаний были сопоставимы, нагрузку выбирают по соотношению 0,102·F/D², которое зависит от материала и ожидаемой твердости. Стандартные диаметры шарика — 10; 5; 2,5 и 1 мм. Классический режим испытания по Бринеллю для стали и чугуна — шарик 10 мм и нагрузка 3000 кгс (29,42 кН). Отпечаток считается корректным, если его диаметр лежит в пределах от 0,24D до 0,6D; если нет, инженер меняет режим.

Время выдержки под нагрузкой для сталей и чугунов обычно составляет 10–15 секунд, для цветных металлов и мягких сплавов оно больше и задается стандартом на продукцию.

Требования к образцам и поверхности

Точность испытания по Бринеллю во многом зависит от подготовки образца. Перед отправкой проверьте основные условия или поручите подготовку нашим специалистам.

• Поверхность в месте замера ровная, без окалины, краски, ржавчины и масла; шероховатость — не грубее Ra 2,5 мкм.
• Толщина образца в 8–10 раз больше глубины отпечатка (в зависимости от применяемого стандарта); на обратной стороне после испытания не должно оставаться следов деформации.
• Расстояние от центра отпечатка до края образца — не менее 2,5d, между центрами соседних отпечатков — не менее 4d; для мягких металлов (до 35 HB) — 3d и 6d.
• Опорная и испытуемая поверхности параллельны, образец не смещается под нагрузкой; для труб и цилиндрических деталей используют специальные опоры.
• Испытание проводят при комнатной температуре, поэтому нагретые после обработки детали предварительно выдерживают.

Если деталь крупная или входит в конструкцию, специалисты отберут образцы и оформят акт отбора проб. Подготовку площадок (зачистку, шлифование, торцовку) выполняем в лаборатории.

Как проходят испытания твердости по Бринеллю в лаборатории

1. Заявка и задача. Вы сообщаете материал, марку, количество образцов и требования: ГОСТ, ТУ, чертеж или условия договора поставки.
2. Выбор режима. Инженер подбирает режим испытания по Бринеллю: диаметр шарика, нагрузку и время выдержки, а также места и количество замеров.
3. Подготовка. Зачищаем и при необходимости шлифуем площадки, проверяем толщину образца и расположение будущих отпечатков.
4. Замеры. На стационарном твердомере выполняем серию вдавливаний — как правило, не менее трех на детали — и измеряем диаметры отпечатков.
5. Расчет. Вычисляем число твердости для каждого отпечатка, среднее значение и разброс, сравниваем результат с нормативом.
6. Протокол. Оформляем протокол с условиями и результатами испытания, при необходимости — заключение о соответствии требованиям.

Чем определение твердости по Бринеллю отличается от других методов

Значения разных шкал можно пересчитать по таблицам соответствия, но такой пересчет носит справочный характер. Если в чертеже или ТУ твердость задана в HB, корректнее выполнить именно измерение твердости металла по Бринеллю, а не переводить результат с другой шкалы. Обзор всех методов — в разделе «Измерение твердости металлов и сплавов».

Что вы получаете по результатам

В протоколе указываем объект испытания, стандарт, оборудование, условия испытания и значения для каждого отпечатка. Твердость металла по Бринеллю записывают в стандартной форме, например 185 HBW 10/3000: 185 — число твердости, W — шарик из твердого сплава, 10 — диаметр шарика в мм, 3000 — нагрузка в кгс. Если время выдержки отличалось от стандартного, его указывают третьим числом.

По твердости по Бринеллю можно ориентировочно оценить прочность: для углеродистых сталей временное сопротивление в МПа примерно в 3,3–3,5 раза больше числа твердости. Такая оценка удобна на входном контроле, но не заменяет механические испытания на растяжение, когда прочность нужно подтвердить документально.

Стоимость измерения твердости по Бринеллю

Связанные исследования

• Измерение твердости металлов и сплавов
• Механические испытания на растяжение, сжатие и разрыв
• Спектральный анализ металлов и сплавов
• Исследование микроструктуры металлов и сплавов
• Металлографические исследования сварных соединений