Випробування на твердість за Брінеллем — спосіб визначення твердості матеріалів вдавлюванням на спеціальному приладі сталевої загартованої кульки (діаметром 10; 5 або 2,5 мм) в досліджуваний зразок під дією заданого навантаження протягом певного часу (10—30 с).
Метод запропонував шведський інженер Юхан Брінелль () в 1900 році.
Методика проведення випробувань та розрахунку твердості
Цей метод відноситься до способів оцінки твердості, що базуються на принципі вдавлювання індентера (полірованої загартованої сталевої кульки) в матеріал. Випробування проводиться таким чином: спочатку дають невелике попереднє навантаження для встановлення початкового положення індентера на зразку, потім додається основне навантаження, зразок витримують під дією навантаження протягом 10-30 с, вимірюється глибина вдавлювання, після чого основне навантаження знімається. При визначенні твердості за методом Брінелля, на відміну від методу Роквелла, вимірювання проводять до пружного відновлення матеріалу. Індентор вдавлюють в поверхню випробовуваного зразка (завтовшки не менше 4 мм) з регламентованим зусиллям.
У іншому варіанті зусилля збільшується до досягнення регламентованої глибини впровадження.
Твердість за Брінеллем HB розраховується відношення прикладеного навантаження до площі поверхні відбитка:
,
де — прикладене навантаження, кПа;
— діаметр кульки, мм;
— діаметр відбитка, мм,
або за формулою:
,
де — глибина вдавлювання індентера.
Найпоширеніші діаметри кульки — 10, 5, 2,5 і 1 мм, навантаження — 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс і 3 000 кгс. Діаметр кульки зазвичай вибирають за таким правилом: діаметр відбитка має лежати в межах 0,2-0,7 діаметра кульки. У методиках ISO і ASTM об'єднані метод з однією кулькою і різними навантаженнями та метод із застосуванням різних кульок, а також дана формула обчислення твердості, не залежної від навантаження.
Для визначення твердості по методу Брінелля використовують твердоміри, як автоматичні, так і ручні.
Типові значення твердості для різних матеріалів
Переваги і недоліки
Недоліки Метод можна застосовувати тільки для порівняно м'яких матеріалів через кінцеве значення твердості самого індентора. Як альтернатива можливе застосування кульок з металокерамічного твердого сплаву (ВК). Твердість за Брінеллем залежить від навантаження, оскільки зміна глибини втискування не пропорційна зміні площі відбитка. При втискуванні по краях відбитка через витискування матеріалу утворюється "підвищення", що ускладнює вимірювання глибини відбитка. Через великий розмір тіла вдавлювання (кульки) метод непридатний для тонких зразків матеріалу.
Переваги Знаючи твердість за Брінеллем, можна швидко знайти границю міцності і текучості матеріалу, що важливо для прикладних інженерних задач:
Для сталі
,
де — границя міцності.
,
де — границя текучості.
Для алюмінієвих сплавів
Для мідних сплавів
Так як метод Брінелля — один із найстаріших методів визначення твердості, накопичено багато технічної документації, де твердість матеріалів вказана за цим методом.
Нормативні документи
International (ISO) and European (CEN) Standard EN ISO 6506-1:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: test method EN ISO 6506-2:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 2: verification and calibration of testing machine EN ISO 6506-3:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 3: calibration of reference blocks EN ISO 6506-4:2005: Metallic materials - Brinell hardness test - Part 4: Table of hardness values US standard (ASTM International) ASTM E10-08: Standard method for Brinell hardness of metallic materials.
Див. також ТвердістьМетод РоквеллаМетод ВіккерсаШкала Мооса
Випробування на твердість за Кнупом
Джерела
Посилання
Rockwell to Brinell conversion chart Struers hardness conversion table Brinell Hardness HB conversion chart Martin Öberg Johan August Brinell — Inventor of the Brinell test and a pioneer in the metallurgical research of the properties of steel and iron Johan August Brinell US 976145 A Method of treating steel and iron ingots Patentdl Nov. 22, 1910.