Brinellova metoda

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 16. června 2020; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Brinellova metoda je jednou z hlavních metod pro stanovení tvrdosti materiálu.

Historie

Metoda byla navržena švédským inženýrem Johanem Augustem Brinellem ( 1849-1925 ) v roce 1900 a stala se první široce používanou a standardizovanou metodou pro stanovení tvrdosti v materiálové vědě .

Postup zkoušky a výpočet tvrdosti

Brinellova metoda se týká indentačních metod .

Zkouška se provádí následovně:

nejprve se vzorek přivede do indentoru ;
potom se indentor vtlačí do vzorku s plynule rostoucím zatížením po dobu 2-8 sekund ;
po dosažení maximální hodnoty je zatížení indentoru udržováno po určitou dobu (u ocelí obvykle 10-15 sekund );
poté se aplikované zatížení odstraní, vzorek se vyjme z indentoru a změří se průměr výsledného vtisku.

Jako indentory se používají kuličky z tvrdé slitiny o průměru 1 ; 2 ; 2,5 ; 5 a 10 mm . _ Velikost zatížení a průměr koule se volí v závislosti na studovaném materiálu.

Studované materiály jsou rozděleny do 5 hlavních skupin :

1 - slitiny oceli , niklu a titanu ; 2 - litina ; 3 - měď a slitiny mědi ; 4 - lehké kovy a jejich slitiny; 5 - olovo , cín .

Výše uvedené skupiny lze navíc rozdělit do podskupin v závislosti na tvrdosti vzorků.

Při volbě testovacích podmínek se ujistěte, že tloušťka vzorku je alespoň 8násobkem hloubky vtisku indentoru . A také je důležité kontrolovat průměr vtisku, který by měl být v rozmezí od 0,24 D do 0,6 D , kde D je průměr vtlačku (kuličky).

Tvrdost podle Brinella se označuje jako "HB" (Hardness Brinell) při použití ocelové kuličky jako indentoru nebo " HBW " při použití kuličky z tvrdokovu jako indentoru a lze ji vypočítat dvěma způsoby:

metoda obnoveného otisku;
metoda nezískaných otisků prstů.

Podle metody rekonstruovaného vtisku se tvrdost vypočítá jako poměr působícího zatížení k ploše vtisku:

{\mbox{HBW}}={\frac {0,102F}{{\frac {\pi D}{2}}\left(D-{\sqrt {D^{2}-d^{2}}} \že jo)}}

kde:

$F$ — aplikované zatížení, N ;
$D$ je průměr koule , mm ;
$d$ — průměr otisku, m m .

Podle metody neregenerovaného otisku je tvrdost definována jako poměr působícího zatížení k ploše části indentoru uloženého v materiálu :

{\mbox{HBW}}={\frac {0,102F}{\pi Dh}}

kde je hloubka průniku indentoru , mm . $h$

Regulační dokumenty definují:

průměry indentoru;
doba odsazení;
doba výdrže při maximální zátěži;
minimální tloušťka vzorku;
minimální a maximální hodnoty úhlopříček tisku;
maximální zatížení;
skupina studovaného materiálu.

Podle ISO 6506-1:2005 (GOST 9012-59) jsou regulována tato základní zatížení: 9,807 N ; 24,52 N ; 49,03 N ; 61,29 N ; 98,07 N ; 153,2 N ; 245,2 N ; 294,2 N ; 306,5 N ; 612,9 N ; 980,7 N ; 1226 N ; 2452 N ; 4903 N ; 7355 N ; 9807 N ; 14 710 N ; 29 420 N.

Příklad označení tvrdosti podle Brinella:

600 HBW 10/3000/20

kde:

600 - hodnota tvrdosti podle Brinella, kgf / m m² ;
HBW je symbol pro tvrdost podle Brinella;
10 je průměr koule v mm ;
3000 - přibližná hodnota ekvivalentního zatížení v kgf (3000 kgf \u003d 29 420 N );
20 je doba zatížení, s .

Pro stanovení tvrdosti Brinellovou metodou se používají různé tvrdoměry (např. tvrdoměry na kovy ), jak stacionární, tak přenosné.

Typické hodnoty tvrdosti pro různé materiály

Materiál	Tvrdost
Měkké dřevo , jako je borovice	1.6 HBS 10/100
masivní dřevo	2,6 až 7,0 HBS 10/100
Nízkotlaký polyethylen	4,5–5,8 HB [1]
Polystyren	15 HB [1]
Hliník	15 HB
Měď	35 HB
Duralové	70 HB
měkká ocel	120 HB
Nerezová ocel	250 HB
Sklenka	500 HB
Nástrojová ocel	650-700 HB

Výhody a nevýhody

Nedostatky

Metoda se doporučuje pro materiály s tvrdostí do 450 HB .
Tvrdost podle Brinella závisí na zatížení ( efekt velikosti obráceného vtisku ) .
Když se indentor stlačí podél okrajů vtisku, v důsledku vytlačování materiálu se vytvoří hromady a prověšení, což znesnadňuje měření jak průměru, tak hloubky vtisku.
Vzhledem k velké velikosti zalévacího tělesa (kuličky) není metoda použitelná pro tenké vzorky.

Výhody

Při znalosti tvrdosti podle Brinella lze rychle zjistit pevnost v tahu a mez kluzu materiálu, což je důležité pro aplikované technické problémy.

Pro ocel

\sigma _{\mathrm{B} }={\frac {HB}{3}}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]={\frac {10HB}{3}}[MPa ]

kde - pevnost v tahu , M Pa . $\sigma _{\mathrm{B} }$

\sigma _{T}={\frac {HB}{6}}[{\frac {kgf}{mm^{2}}}]={\frac {10HB}{6}}[MPa]

kde je mez kluzu , M Pa . $\sigma _{T}$

Pro hliníkové slitiny

\sigma _{\mathrm{B} }=0,362{HB}[{\frac {kgf}{mm^{2))}]=3,62{HB}[MPa]

Pro slitiny mědi

\sigma _{\mathrm{B} }=0,26{HB}[{\frac {kgf}{mm^{2))}]=2,6{HB}[MPa]

Vzhledem k tomu, že Brinellova metoda je jedna z nejstarších, nashromáždilo se mnoho technické dokumentace, kde je tvrdost materiálů uváděna v souladu s touto metodou.

Tato metoda je přesnější než metoda Rockwell při nižších hodnotách tvrdosti (pod 30 HRC ).

Brinellova metoda je také méně kritická pro čistotu povrchu připraveného pro testování tvrdosti.

Překlad výsledků měření tvrdosti různými metodami

Výsledky tvrdosti podle Brinella lze pomocí tabulek převést na jednotky tvrdosti jinými metodami, jako je Vickersova metoda a Rockwellova metoda . Na druhé straně lze měření tvrdosti pomocí posledních dvou metod převést na jednotky tvrdosti pomocí metody Brinell. Přepočet čísel tvrdosti by se měl používat pouze v případech, kdy není možné materiál za daných podmínek vyzkoušet. Výsledná převodní čísla tvrdosti, jak tabulková, tak vypočtená z rovnic podle ASTM E 140-07, jsou pouze přibližná a pro konkrétní případy nemusí být přesná. Z fyzikálního hlediska takové srovnání čísel tvrdosti získaných různými metodami a majících různé rozměry postrádá jakýkoli fyzikální význam.

Normativní dokumenty

GOST 9012-59 (ISO 410-82, ISO 6506-81) Kovy. Metoda měření tvrdosti podle Brinella"
ISO 6506-1:2014 " Kovové materiály - Zkouška tvrdosti podle Brinella - Část 1: Zkušební metoda "
ASTM E -10 " Standardní zkušební metoda pro tvrdost kovových materiálů podle Brinella "
ASTM E 140-07 " Standardní převodní tabulky tvrdosti pro kovy vztah mezi tvrdostí podle Brinella , tvrdostí podle Vickerse , tvrdostí Rockwella , povrchovou tvrdostí , tvrdostí Knoop a tvrdostí skleroskopu "

Viz také

Poznámky

↑ 1 2 Handbook of plastics, edited by M. I. Garbar, M. S. Akutin, N. M. Egorov (M., "Chemistry", 1967)