Метод Бринелля

Схема испытания

Метод Бринелля - способ определения твердости материалов вдавливанием на специальном приборе стальной закаленной шарики (диаметром 10, 5 или 2,5 мм) в исследуемый образец под действием заданной нагрузки в течение определенного времени (10-30 секунд).

Этот метод предложил шведский инженер Йохан Бринеллю (Johan Brinell) в 1900 году.


1. Методика проведения испытаний и расчета твердости

Ручной твердомер Бринелля

Этот метод относится к способам оценки твердости, базирующиеся на принципе вдавливания индентора (полированной закаленной стальной шарики). Испытание проводится следующим образом: сначала дают небольшое предварительная нагрузка для установки начального положения индентора на образце, затем добавляется основная нагрузка, образец выдерживают под действием нагрузки в течение 10-30с, измеряется глубина вдавливания, после чего основная нагрузка снимается. При определении твердости по методу Бринелля, в отличие от метода Роквелла, измерения проводят в упругого восстановления материала. Индентор вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием.

В другом варианте усилия увеличивается до достижения регламентированной глубины внедрения.

Твердость по Бринеллю HB рассчитывается как "приложенная нагрузка", разделено на "площадь поверхности отпечатка":

\ Mbox {HB} = \ frac {P} {\ frac {\ pi D} {2} \ left (D-\ sqrt {D ^ 2-d ^ 2} \ right)} ,

где P - Приложенная нагрузка, кПа;

D - Диаметр шарика, мм;

d - Диаметр отпечатка, мм,

или по формуле:

\ Mbox {HB} = \ frac {P} {\ pi Dh} ,

где h - Глубина вдавливания индентора.

Распространенные диаметры шарики - 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1 000 кгс и 3 000 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 различными нагрузками и метод с применением различных шариков, а также дана формула вычисления твердости, не зависящей от нагрузки.

Твердость по шкале Бринелля выражают в кгс / мм ?.

Для определения твердости по методу Бринелля используют твердомеры, как автоматические, так и ручные.


2. Типичные значения твердости для различных материалов

Полуавтоматический твердомер Бринелля
Материал Твердость
Мягкое дерево, например сосна 1,6 HBS 10/100
Твердое дерево от 2,6 до 7,0 HBS 10/100
Алюминий 15 HB
Медь 35 HB
Дуралюмин 70 HB
Мягкая сталь 120 HB
Нержавеющая сталь 250 HB
Стекло 500 HB
Инструментальная сталь 650-700 HB

3. Преимущества и недостатки

3.1. Недостатки

  • Метод можно применять только для сравнительно мягких материалов через конечное значение твердости самого индентора. Как альтернатива, возможно применение шариков из карбида вольфрама (WC).
  • Твердость по Бринеллю зависит от нагрузки, поскольку изменение глубины вдавливания не пропорциональна изменении площади отпечатка.
  • При вдавливании по краям отпечатка через выдавливания материала образуется "повышение", что затрудняет измерение глубины отпечатка.
  • Из-за большого размера тела вдавливания (шарики) метод непригоден для тонких образцов материала.

3.2. Преимущества

Для стали

\ Sigma_ \ Beta = \ frac {HB} {3} [\ frac {kgf} {mm ^ 2}] = \ frac {10HB} {3} [MPa] ,

где \ Sigma_ \ Beta - предел прочности.

\ Sigma_T = \ frac {HB} {6} [\ frac {kgf} {mm ^ 2}] = \ frac {10HB} {6} [MPa] ,

где \ Sigma_T - предел текучести.

Для алюминиевых сплавов

\ Sigma_ \ Beta = 0,362 {HB} [\ frac {kgf} {mm ^ 2}] = 3,62 {HB} [MPa]

Для медных сплавов

\ Sigma_ \ Beta = 0,26 {HB} [\ frac {kgf} {mm ^ 2}] = 2,6 {HB} [MPa]
  • Так как метод Бринелля - один из старейших методов определения твердости, накоплено много технической документации, где твердость материалов указана согласно этим методом.

4. 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"
  • 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.

Источники