Измерение твердости вдавливание стального шарика

(метод Бринелля)

По методу Бринелля твердость металла определяют вдавливанием в испытуемый образец (изделие) закаленного стального шарика (рисунке 3.1а) диаметром 10; 5 или 2,5 мм под действием заданной нагрузки в течении определенного времени и выражают числом твердости НВ, полученный путем деления приложенной нагрузки Р в кг на поверхность образовавшегося на образце отпечатка шарика (шарового сегмента) F в мм:

, [кг / мм² ] (3.1)

где Р - нагрузка в кг; D - диаметр шарика в мм; d - диаметр отпечатка шарика в мм.

Диаметр шарика, нагрузку и длительность выдержки под нагрузкой выбирают в зависимости от твердости и толщины образца (таблице 3.1).

Чем тверже металл, тем меньше диаметр отпечатка и тем выше число твердости по Бринеллю.

Диаметр отпечатка измеряется при помощи специальной лупы, имеющей шкалу с ценой деления 0,1 мм или 0,05мм (рисунок 3.1б).


а)	б)
Рисунок 3.1 - Схема определения твердости по Бринеллю (а) и отсчет по шкале (б)

При диаметре шарика 10 мм и нагрузке 3000 кг твердость обозначается цифрами перед символом HB, например 250 HB, что означает твердость по Бринеллю 250 кг /мм².

Во избежание сложных вычислений числа твердости для каждого отпечатка на практике используются готовыми таблицами.

Таблица 3.1 – Выбор режимов испытаний на твердость методом Бринелля

Матери-ал	Интер-вал твердо-сти в числах Бри-нелля	Минималь-ная толщина испытуе-мого образца, мм	Соотноше-ние между нагрузкой Р и диаметром шарика D	Диаметр шарика D, мм	Нагрузка Р, кг	Выдерж-ка под нагру-зкой, сек
Черные металлы	140-450	От 6 до 3	Р=30D²
От 4 до 2
Менее 2	2,5	187,5
Черные металлы	Менее 140	Более 6	Р=10D²
От 6 до 3
Менее 3	2,5	62,5
Цветные металлы	Более 130	От 6 до 3	Р=30D²
От 4 до 2
Менее 2	2,5	187,5
Цветные металлы	35-130	0т 9 до 5	Р=10D²
От 6 до 3
Менее3	2,5	62,5
Цветные металлы	8-35	Более 6	Р=2,5D²
От 6 до 3		62,6
Менее3	2,5	15,6

Между числами твердости по Бринеллю и пределом прочности σ_в металлов существует следующая приближенная зависимость:

(3.2)

где к - коэффициент, определяемый по таблице (3.2).

Таблица 3.2 – Выбор значения коэффициента к в зависимости от вида испытуемого материала

Сталь легированная	0,34	Дуралюминий	0,37
Сталь углеродистая	0,36	Медь холоднокатаная	0,35
Алюминий отожженный	0,4	Медь отожженная	0,48

Наиболее распространенными стандартными условиями при испытании твердости являются: нагрузка 3000 кг, диаметр шарика 10 мм и длительность выдержки 10 сек.


а)	б)
Рисунок 3.2 - Прибор типа ТШ с механическим приводом: а – общий вид; б – кинематическая схема

Для определения твердости по Бринеллю используются твердомером типа ТШ (рисунок 3.2).

Прибор имеет станину 1, в нижней части которой помещен винт 2 со сменными столиками 4 для испытуемых образцов. Перемещения винта осуществляется вручную маховиком 3. В верхней части станины находится шпиндель 6 со сменными наконечниками, в которые вставляются шарики 5. Основная нагрузка прикладывается к образцу посредством рычажной системы. На длинном плече основного рычага 7 имеется подвеска 8 с грузами 9. Комбинацией грузов можно осуществить нагрузки 187,5; 250; 750; 1000 и 3000 кг. Нагрузка прилагается автоматически с помощью электродвигателя 11, находящегося внутри станины, при нажатии пусковой кнопки. Для установки продолжительности испытания служит передвижной упор переключателя 10, устанавливающийся до начала испытания в положение, соответствуующее требуемой выдержке (10, 30 или 60 сек).

Недостатки метода Бринелля:

- невозможность испытания материалов, имеющих твердость более 450 НВ, так как шарик будет деформироваться и показания будут неточными;

- невозможность испытания твердости тонкого поверхностного слоя и пластин (менее 1-2 мм), так как шарик будет продавливать тонкий слой материала;

- после испытания остаются заметные следы на поверхности изделия.