 |
|
Определение твердости по Бринеллю
При cтандартном (ГОСТ 9012 - 59) измерении твердости по Бринеллю стальной шарик диаметром D вдавливается в испытуемый образец под нагрузкой P, приложенной в течение определенного времени. После снятия нагрузки измеряют диаметр оставшегося на поверхности образца отпечатка (рис. 2).
| 
|
Рис. 2. Схема напряженного состояния в зоне пластической деформации
при определении твердости по Бринеллю
При нагружении в поверхностном слое под индентором идет пластическая деформация (рис. 2), а диаметр отпечатка получается тем меньше, чем выше сопротивление материала деформации.
Число твердости по Бринеллю (HB) определяется как отношение нагрузки P, действующей на шаровой индентор диаметром D, к площади шаровой поверхности отпечатки:
. (1)
Площадь отпечатка может быть определена и по глубине вдавливания индентора:
. (2)
Число твердости по Бринеллю имеет размерность МПа или Н/мм2.
Для устранения опасности продавливания образца насквозь или выпучивания краев испытуемые образцы для измерения твердости по Бринеллю должны иметь толщину не менее десятикратной глубины отпечатка, а расстояние от центра отпечатка до края образца – не менее 2,5d. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4,0d.
При определении твердости НВ шариком с D=10 мм под нагрузкой Р=30 кН и со временем выдержки t=10 с число твердости записывают так: 400 HB или HB=3000 МПа. При использовании других условий испытания индекс НВ дополняют цифрами, указывающими диаметр использованного шарика (мм), нагрузку (кгс) и продолжительность выдержки (с). Например, НВ 5/750/30 - это число твердости по Бринеллю (350), полученное при вдавливании шарика D=5 мм нагрузкой Р=750 кгс в течение t=30 с.
Диаметры D применяемых шариков для определения твердости: 1, 2, 2,5, 5, 10 мм. Инденторы чаще всего изготавливают из стали твердостью не менее 8500 МПа для испытания материалов с твердостью 8 НВ до 450 НВ. При большей твердости образца шарик–индентор получает остаточную деформацию, превышающую стандартизованный допуск.
Из условия геометрического подобия отпечатков следует, что для получения на одном том же материале сравнимых результатов при измерении HB необходимо, чтобы сохранялось постоянным отношение 
(где D - диаметр шарика). Рекомендуемые нагрузки и диаметры шариков для определения HB различных металлических материалах с учетом ГОСТ 9012-59 приведены в табл. 1. Этим отношением определяется выбор нагрузок при переходе к другому диаметру шарика. В зависимости от твердости материала величина 
при HB > 130, 
при HB=130-35 и 
при НВ < 35.
Рекомендуемое время выдержки образца под нагрузкой для сталей 10 с, для цветных металлов и сплавов 30 (при 
и 30) или 60 с (при 
).
Нагрузки (P) и диаметры (D) шариков, рекомендуемых для испытания твердости по Бринеллю
Таблица 1
| P, Н | D, мм | Примечание | ||
| 2,5 | ||||
| 30 D2 | Материалы с 130-450 HB (стали, чугуны, высокопрочные сплавы на основе Ti, Ni, Cu, Al) | |||
| 10 D2 | Материалы с 35-130 HB (алюминиевые сплавы, латуни, бронзы) | |||
| 5 D2 | 312,5 | Алюминий, магний, цинк, латуни | ||
| 2,5 D2 | 156,25 | Подшипниковые сплавы | ||
| 1,25 D2 | 312,5 | 78,125 | Свинец, олово, припои | |
| 1 D2 | 31,25 | Мягкие металлы при повышенных температурах |
Диаметр отпечатка, как правило, измеряется с помощью переносного микроскопа (компаратора) с небольшим увеличением в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Чтобы ускорить и упростить измерения для различных значений диаметра отпечатка d и нагрузки P, в специальных таблицах заранее подсчитаны величины твердости по Бринеллю. В последнее время выпускают усовершенствованные приборы, в которых диаметр отпечатка и соответствующее ему число твердости сразу же указываются на специальной шкале.