Как измерить твердость материала с помощью твердомера по Бринеллю

Испытания на твердость - это широко используемый метод определения способности материала сопротивляться упругой деформации, пластической деформации и (или) разрушению в поверхностном слое. Измерение твердости является одним из широко распространенных видов механических испытаний металлов.

Испытания на твердость производятся быстро и не требуют сложных образцов. Кроме того, данные испытаний на твердость позволяют в некоторых случаях судить о других механических свойствах металлов (например, о пределе прочности). Поэтому испытания на твердость широко применяются на практике.

В настоящее время доступно множество традиционных методов для проверки твердости материала. Они включают в себя тесты на царапины или тестирование поверхностей материалов алмазами. С наступлением глобальной индустриализации и цифровой эпохи эти методы больше не применимы, поскольку существует потребность в более эффективных и экономящих время методах. Поэтому разрабатываются более совершенные методы и устройства для испытания материалов. Измерение твердости вдавливанием - один из самых простых и надежных методов определения твердости материала. Твердость измеряется путем нагружения индентора определенной геометрии и свойств на испытуемый материал в течение определенного времени. Измерения проводят либо по глубине проникновения, либо по размерам полученного оттиска или вдавливания.

Например, твердомер по Бринеллю представляет собой устройство для испытания материалов, в котором используется очень высокая постоянная нагрузка или сила, которые обычно составляют от 500 до 3000 кгс. Силы следует прикладывать к поверхности материала в течение 10–30 секунд с помощью шарика из карбида вольфрама диаметром 5 или 10 мм.

Измерение твердости по методу Бринелля - это испытание в основном предназначено для испытания крупных деталей, таких как трубы большого диаметра, поковки и отливки двигателей, поскольку они имеют зернистую структуру, слишком грубую для других методов испытаний.

Метод испытания на твердость по Бринеллю

При практическом определении твердости разными методами нагрузку P по настоящее время принято задавать в кгс.

При определении твердости этим методом стальной шарик определенного диаметра D вдавливают в тестируемый образец под действием нагрузки Р, приложенной перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени (Рис. 1).

После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка d. Число твердости по Бринеллю обозначается буквами НВ, и его определяют путем деления нагрузки Р на площадь поверхности сферического отпечатка F.

Рисунок 1- Схема измерения твердости по Бринеллю

Для удобства имеются таблицы чисел твердости по Бринеллю и зависимости от диаметра шарика D, диаметра отпечатка d и нагрузки Р.

В качестве инденторов используют полированные (Ra <0,04 мкм) шарики из стали ШХ15 с номинальными диаметрами D = 1; 2; 2,5; 5 и 10 мм, последние считаются более предпочтительными, как обеспечивающие большую точность измерения твердости (особенно при измерении твердости чугуна или крупнозернистых сплавов).

Минимально допустимая толщина образца для корректного измерения твердости НВ должна быть не менее десятикратной глубины отпечатка h. Испытания проводят при комнатной температуре в отсутствие вибраций и ударов. Время выдержки под нагрузкой т для черных металлов составляет 10...15 с, а для цветных металлов и сплавов от 10 до 180 с. Нагрузку на индентор выбирают с учетом соотношения К = Р/D2:

Металлы и сплавы К, кгс/мм2
Сталь, чугун и другие высокопрочные сплавы 30
Медь, никель и их сплавы 10
Алюминий, магний и их сплавы 5

Например, при испытании сталей и чугунов при диаметре шарика D = 10 мм нагрузка должна быть 3000 кгс, а время выдержки под нагрузкой 10...15 с. Число твердости в этом случае обозначается цифрами со стоящим после них символом НВ (например, 250 НВ). Иногда после букв НВ указывают условия испытаний - НВ D/P/τ, например: 250 НВ 5/750/25 - твердость по Бринеллю 250, полученная при диаметре шарика D = 5 мм, нагрузке Р = 750 кгс и времени выдержки под нагрузкой т = 25 с.

Измерение твердости по Бринеллю не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов более 200 НВ. Для определения твердости обычно используют уравнение (1).

В приведенном выше уравнении BHN = число твердости по Бринеллю. Число увеличивается с более твердыми материалами.

P=приложенная нагрузка
D=диаметр индентора
d = диаметр вдавливания

Следует отметить, что ошибки измерения могут возникать даже при выполнении измерений в идеальных условиях. Это может быть из-за различий в операторах, выполняющих измерения, или из-за человеческих ошибок. Для решения этих проблем разработаны автоматические оптические прицелы Бринелля на базе компьютера. Эти оптические прицелы последовательно анализируют вдавливание, используя программное обеспечение для обработки изображений и программу анализа со сканированием видео высокого разрешения. Размер отступа определяется измерением двух диагоналей круглого отступа.

Преимущества измерения твердости по Бринеллю

Измерение твердости по Бринеллю имеет много преимуществ по сравнению с другими методами.

Широкая сфера применения

Данный метод широко используется в машиностроении и металлургии, поскольку с его помощью можно контролировать почти все металлы. В то время как другие испытания полагаются только на установленную нагрузку для испытания металла, независимо от того, является ли он хрупким или твердым, испытание на твердость по Бринеллю позволяет операторам выбрать подходящую испытательную нагрузку и размер шара в зависимости от типа металла, подлежащего испытанию. Испытание на твердость по Бринеллю обычно носит неразрушающий характер, поскольку в испытании используется сфера для равномерного распределения давления по поверхности материала. Это упрощает измерение твердости относительно больших испытательных поверхностей.

Точность и легкость измерения

Измерения твердости материала заключается в том, что вычисленные значения числа твердости по Бринеллю с постоянными значениями, используемыми для конкретного материала, упрощают расчет прочности на разрыв этого материала. Поскольку вмятину наблюдают под микроскопом, результаты получаются очень точными и надежными.

Если Вы хотите получить дополнительную информацию от наших специалистов по стационарному твердомеру по Бринеллю UIT HBW-1 или же определить твердость изделий по методам Бринелля, Виккерса или Роквелла, оставьте свои контактные данные ниже:

Контакты

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, пр-т. Гагарина 20, оф. 2319

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

Со стационарных:
+38 (057) 768-09-02

С мобильных:
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.