Метод Бринелля
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Ме́тод Брине́лля — один из основных методов определения твёрдости.
Содержание |
[править] История
Метод предложен шведским инженером Иоганном Августом Бринеллем (1849—1925) в 1900 г., и стал первым широко используемым и стандартизированным методом опредения твёрдости в материаловедении.
[править] Методика проведения испытаний и расчёт твёрдости
Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под ее действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается. При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от Метода Роквелла измерения производят до упругого восстановления материала. Индентер (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения. Твёрдость по Бринеллю HB расчитывается как «приложенная нагрузка», деленная на «площадь поверхности отпечатка»:
,где:
P — приложенная нагрузка, Н;
D — диаметр шарика, мм;
d — диаметр отпечатка, мм.
или по формуле
,где:
h — глубина внедрения индентера.
Один из вариантов проведения теста приведён на рис.1:
Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения инденетера.
- В России регламентированные нагрузки 49 N, 127 N, 358 N, 961 N , диаметр шарика 5 мм., глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм.
В разных спецификациях эти значения различны.
- Наиболее распространённые диаметры шарика — 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1000 кгс и 3000 кгс.
- Для выбора диаметра шарика обычно используют следующее правило: диаметр отпечатка должен лежать в пределах 0,2-0,7 диаметра шарика.
- В методиках ISO и ASTM объединены метод с одним шариком и разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.
Твёрдость по шкале Бринелля выражают в Н/мм2.
Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.
[править] Типичные значения твёрдости для различных материалов
| Материал | Твёрдость |
|---|---|
| Мягкое дерево, например сосна | 1.6 HBS 10/100 |
| Твёрдое дерево | от 2.6 до 7.0 HBS 10/100 |
| Алюминий | 15 HB |
| Медь | 35 HB |
| Дюраль | 70 HB |
| Мягкая сталь | 120 HB |
| Нержавеющая сталь | 250 HB |
| Стекло | 500 HB |
| Инструментальная сталь | 650 - 700 HB |
[править] Преимущества и недостаки
[править] Недостатки
- Метод можно применять только для сравнительно мягких материалов, иначе сам шарик будет сдавлен. Как альтернатива, возможно применение шариков из карбида вольфрама (WC).
- Измерение диаметра отпечатка — довольно сложный процесс, и необходимая аппаратура дорога
- При вдавливании по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуется «повышение», что затрудняет измерение глубины отпечатка
- Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов
[править] Преимущества
- Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.
[править] Перевод результатов измерения твёрдости различными методами
Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следует отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.
[править] Нормативные документы
- ГОСТ 8.062—85 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Бринелля»
- ГЭТ 33—85 «Государственный специальный эталон единиц твердости по шкалам Бринелля»
- ISO 2039—1:1993 «Пластмассы. Определение твердости. Часть 1. Метод с применением шарикового индентора»
- ASTM E-10 "Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials"
