Единицы измерения твердости по бринеллю – Измерение твердости по Бринеллю

alexxlab | 26.10.2020 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

Сущность метода измерения по Бринеллю

Кто предложил впервые метод?

Метод Бринелля впервые предложил шведский инженер Юхан Август Бринелль в 1900 году, и стал широко применяемым и эталонным методом измерении твердости.

Какие твердомеры применяют для измерения твердости по методу Бринелля?

Для измерения твердости по Бринеллю применяют стационарные и переносные твердомеры.

В чем сущность измерения твердости по методу Бринелля?

Сущность метода Бринелля заключается в постепенном внедрении индентора со строгими геометрическими размерами в исследуемый образец с определенной нагрузкой, и последующим определением твердости по диаметру отпечатка.

Какой индентор применяют для определения твердости по Бринеллю?

Для определения твердости по Бринеллю используют стальные или твердосплавные шарики с диаметрами 2,5 мм; 5 мм и 10 мм (также для определения твердости пластиков и твердых полимерных материалов используются шарики диаметрами 7,5 и 12 мм).

Как обозначается твердость по методу Бринелля?

Для металлов с твердостью менее 450 единиц используют стальные закаленные шарики (общепринятое обозначение

HB).

Для металлов с твердостью от 450 до 650 единиц используют твердосплавный шарик (общепринятое обозначение HBW).

Для металлов с твердостью более 650 HBW метод Бринелля не используется.

Сводная таблица для выбора методики проведения испытания.

Традиционно для выбора методики проведения испытания по методу Бринелля применяются сводные таблицы, одна из которых представлена ниже.

Условия испытания металлов на твердость по Бринеллю.

МеталлыТвердость HB, кгс/кв.ммТолщина образца, ммСоотношение между P и D^2Диаметр шарика D, ммНагрузка P, кгсВыдержка под нагрузкой, с
Черные140-2506-3P = 30 D^210300010
4-25750
Менее 22,5187,5
Черные140Более 6
P = 10 D^2
101000
10
6-35250
Менее 32,562,5
Цветные1306-3P = 30 D^210300030
4-25750
Менее 22,5187,5
Цветные35-1309-3P = 10 D^2101000
30
6-35250
2-32,562,5
Цветные8-35Более 6P = 2,5 D^21025060
6-3562,5
Менее 32,515,6

Чем измеряют диаметр отпечатка по Бринеллю?

После окончания испытания измеряют диаметр отпечатка с помощью микроскопа с общим увеличением 20х, 40х или 50х, оснащенного окуляром с измерительной визирной шкалой или окулярным микрометром.

Затем по размеру отпечатка и таблицам с эмпирическими данными определяют твердость по Бринеллю.

metrotest.ru

Бринелля метод: особенности и суть

Чтобы определить твёрдость материала, чаще всего используется изобретение шведского инженера Бринелля - метод, измеряющий свойства поверхности и дающий дополнительные характеристики полимерных металлов.

Оценка материала

Именно благодаря этому открытию сейчас оцениваются пути наиболее эффективного применения пластиков. Не слишком высокой твёрдости пластмассы проверяются на эластичность и мягкость, чтобы быть использованными как герметизирующий, уплотнительный и прокладочный материал. Разработка Бринелля - метод, позволяющий определить прочность и твёрдость материала, который будет служить в важных конструкциях - в зубчатых колёсах и венцах, подшипниках под тяжёлой нагрузкой, деталях резьбовых соединений и т.д.

Оценку прочности наиболее точно даёт именно этот способ. Значение параметра, который обозначается Р1В, трудно переоценить. Наиболее часто для этой цели применяется разработка Бринелля - метод, при котором пятимиллиметровый стальной шарик вдавливается в материал. По глубине вдавливания шарика и определяется ГОСТ.

История

В 1900 году инженера из Швеции Юхана Августа Бринелля метод, предложенный им мировому материаловедению, сделал знаменитым. Он не только был назван в честь изобретателя, но и стал наиболее широко использоваться, стандартизировался.

Что такое твёрдость? Это особое свойство материала, не испытывающего пластическую деформацию от контактного местного воздействия, которое чаще всего сводится к внедрению индектора (более твёрдого тела) в материал.

Восстановленная и невосстановленная твёрдость

Метод Бринелля помогает измерить восстановленную твёрдость, которая определяется отношением величины нагрузки к объёму отпечатка, площади проекции или площади поверхности. Таким образом, твёрдость бывает объёмная, проекционная и поверхностная. Последняя определяется отношением: нагрузка к площади отпечатка. Объёмная твёрдость измеряется отношением нагрузки к объёму его, а проекционная - нагрузка к площади проекции, которую оставил отпечаток.

Невосстановленная твердость по методу Бринелля определяется по тем же параметрам, только основной измеряемой величиной становится сила сопротивления, отношение которой к площади поверхности, объёму или проекции показывает внедрённый в материал индектор. Таким же образом рассчитывается объёмная, проекционная и поверхностная твёрдость: отношением силы сопротивления либо к площади поверхности внедрённой части индектора, либо к площади проекции его, либо к объёму.

Определение твёрдости

Способность к сопротивлению пластической и упругой деформации при воздействии на материал более твёрдого индектора - это определение твёрдости, то есть, фактически это тест материала на вдавливание. Метод измерения твердости по Бринеллю - измерение, насколько глубоко индектор проник в материал. Чтобы знать точное значение твёрдости данного материала, нужно измерить глубину проникновения. Для этого существует метод Бринелля и Роквелла, реже применяется метод Виккерса.

Если метод Роквелла определяет непосредственно глубину проникновения шарика в материал, то Виккерс и Бринелль измеряют отпечаток по площади его поверхности. Получается, что чем глубже индектор в материале, тем отпечаток получается большей площади. На твёрдость можно тестировать абсолютно любые материалы: минералы, металлы, пластмассы и тому подобное, но определяется твёрдость каждого из них собственным методом.

Как найти способ

Метод определения твердости по Бринеллю очень хорош для неоднородных материалов, для сплавов, которые не слишком тверды. Не только вид материала определяет способ измерения, но и сами параметры, которые нужно определить. Твёрдость сплавов измеряется как бы усреднённо, поскольку в них соседствуют материалы с разными характеристиками. Например, чугун. У него очень неоднородная структура, там присутствуют цементит, графит, перлит, феррит, а потому измеренная твёрдость чугуна - величина усреднённая, слагающаяся из твёрдости всех составляющих.

Измерение твердости металлов по методу Бринелля проводится с использованием большого индектора, чтобы отпечаток получился на большей площади образца. Таким образом и на чугуне можно получить в этих условиях значение, являющееся средним по многим и разным фазам. Очень хорош этот метод при измерении твёрдости сплавов - чугуна, цветных металлов, меди, алюминия и тому подобного. Достаточно точно этот метод показывает значение твёрдости пластмасс.

Метод Роквелла в сравнении

Он хорош для твёрдых и сверхтвёрдых металлов, и полученное значение твёрдости тоже усреднено. Индектором служит такой же стальной шарик или конус, но кроме них используется и алмазная пирамида. Отпечаток на материале при измерении по методу Роквелла тоже получается большим, а число твёрдости по разным фазам усреднено.

Методы Бринелля и Роквелла различаются в принципе: у первого результат представлен в виде частного после деления силы вдавливания на поверхность площади отпечатка, а вот Роквелл вычисляет соотношение глубины проникновения к единице шкалы прибора, измеряющего глубину. Именно поэтому твёрдость по Роквеллу практически безразмерна, а по Бриннелю она чётко измеряется в килограммах на квадратный миллиметр.

Метод Виккерса

Если образец маловат или необходимы измерения объекта меньшего, чем величина отпечатка индектора, которыми измеряется твёрдость по Роквеллу или Бринеллю, нужно использовать методы микротвёрдости, среди которых самый популярный - метод Виккерса. Индектором служит алмазная пирамида, а отпечаток изучается и измеряется оптической системой, похожей на микроскоп. Будет известно тоже усреднённое значение, но твёрдость вычисляется по значительно меньшей площади.

Если масштаб измеряемого объекта совсем мал, то используется микротвердомер, умеющий сделать отпечаток в отдельном зерне, фазе, слое, и нагрузку вдавливания можно выбрать самостоятельно. Металловедение позволяет с использованием этих методов определить и твёрдость, и микротвёрдость металлов, а материаловедение таким же образом определяет микротвёрдость и твёрдость материалов неметаллических.

Диапазон

Существует три диапазона для измерения твёрдости. В макродиапазоне регламентируется величина нагрузки от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон ограничивает не только нагрузку на индектор, но и глубину внедрения. Первая величина не превышает 2 Н, а вторая - более 0,2 мкм. В нанодиапазоне регламентируется только глубина внедрения индектора - менее 0,2 мкм. Результат даёт нанотвёрдость материала.

Параметры измерений зависят, прежде всего, от нагрузки, которая прикладывается к индектору. Эта зависимость даже получила особое название - размерный эффект, по английски - indentation size effect. Характер размерного эффекта можно определить формой индектора. Сферический - твёрдость увеличивается с увеличением нагрузки, стало быть, этот размерный эффект обратный. Пирамида Виккерса или Берковича уменьшает твёрдость с увеличением нагрузки (здесь обычный или прямой размерный эффект). Конус-сфера, который используется для метода Роквелла, показывает, что увеличение нагрузки сначала приводит к увеличению твёрдости, а затем, при внедрении сферической части, уменьшается.

Материалы и методы измерения

Самые твёрдые на сегодняшний день из существующих материалов - две модификации углерода: лонсдейлит, вполовину превосходящий алмаз по твёрдости, а также фуллерит, который превосходит алмаз в два раза. Практическое применение этих материалов только начинается, а пока из распространённых самым твёрдым является алмаз. Именно с его помощью устанавливается твёрдость всех металлов.

Методы определения (самые популярные) были перечислены выше, но, чтобы уяснить их особенности и понять суть, нужно рассмотреть и другие, которые можно условно поделить на динамические, то есть ударные, и статические, которые были уже рассмотрены. Метод измерения иначе называется шкалой. Необходимо напомнить, что самой популярной является всё-таки шкала Бринелля, где твёрдость измеряется по диаметру отпечатка, который оставляет стальной шарик, вдавливаемый в поверхность материала.

Определение числа твёрдости

Метод Бринелля (ГОСТ 9012-59) позволяет записать число твёрдости без единиц измерения, обозначая её НВ, где Н - твёрдость (hardness), а В - собственно Бринелль. Площадь отпечатка измеряется как часть сферы, а не площадь круга, как это делает шкала Мейера например. Метод Роквелла отличает то, что определением глубины вошедшего в материал шарика или конуса из алмаза твёрдость получается безразмерной. Обозначается она HRA, HRC, HRB или HR. Формула вычисленной твёрдости выглядит так: HR = 100 (130) − kd. Здесь d является глубиной вдавливания, а k - коэффициентом.

Методом Виккерса твёрдость можно определить по отпечатку, оставленному четырёхгранной пирамидой, вдавливаемой в поверхность материала, в соотношении с нагрузкой, которая была приложена к пирамиде. Площадь отпечатка - не ромб, а часть площади пирамиды. Размерностью единиц по Виккерсу следует считать кгс на мм2, обозначается единица HV. Также существует метод измерения по Шору (вдавливание), чаще используется для полимеров и имеет двенадцать шкал измерения. Соответствующие Шору шкалы Аскер (японская модификация для материалов мягких и эластичных) во многом похожи на предыдущий метод, только параметры измерительного прибора отличаются и используются другие индекторы. Ещё один метод по Шору - с отскоком - для высокомодульных, то есть очень твёрдых материалов. Отсюда можно сделать вывод, что все методы, измеряющие твёрдость материала, делятся на две категории - динамические и статические.

Инструменты и приборы

Приборы для определения твёрдости называются твёрдомерами, это измерения инструментальные. Тестирование по-разному воздействует на объект, поэтому методы могут быть разрушающими его и не разрушающими. Между всеми этими шкалами прямой взаимосвязи нет, поскольку ни один из методов не отражает фундаментальных свойств материала целиком.

Тем не менее построены в достаточной мере приближённые таблицы, где связываются шкалы и разные методы для категорий материалов и отдельных их групп. Создание этих таблиц стало возможно после проведения ряда экспериментов и тестирований. Однако теорий, которые бы позволяли одним из расчётных методов переходить от одного способа к другому, пока не существует. Конкретный метод, которым определяется твёрдость, обычно выбирают, исходя из имеющейся аппаратуры, задач измерения, условий проведения его, и, конечно, из свойств самого материала.

fb.ru

Бринелля метод - это... Что такое Бринелля метод?

Ме́тод Брине́лля — один из основных методов определения твёрдости.

История

Метод предложен шведским инженером Юханом Августом Бринеллем (1849—1925) в 1900 году, и стал первым широко используемым и стандартизированным методом опредения твёрдости в материаловедении.

Методика проведения испытаний и расчёт твёрдости

Принципиальная схема

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под её действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается. При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от метода Роквелла, измерения производят до упругого восстановления материала. Индентор (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения. Твёрдость по Бринеллю HB рассчитывается как «приложенная нагрузка», делённая на «площадь поверхности отпечатка»:

,

где P — приложенная нагрузка, Kgf;

D — диаметр шарика, мм;

d — диаметр отпечатка, мм,

или по формуле:

,

где h — глубина внедрения индентера.


Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения индентора.

  • В России регламентированные нагрузки 49 Н, 127 Н, 358 Н, 961 Н, диаметр шарика 5 мм, глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм.

В разных спецификациях эти значения различны.

  • Наиболее распространённые диаметры шарика — 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 ASTM объединены метод с одним шариком и разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.

Твёрдость по шкале Бринелля выражают в Н/мм².

Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.

Типичные значения твёрдости для различных материалов

Преимущества и недостатки

Недостатки

  • Метод можно применять только для сравнительно мягких материалов, иначе сам шарик будет сдавлен. Как альтернатива, возможно применение шариков из карбида вольфрама (WC).
  • Измерение диаметра отпечатка — довольно сложный процесс, и необходимая аппаратура является дорогостоящей.
  • При вдавливании по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуется «повышение», что затрудняет измерение глубины отпечатка
  • Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов

Преимущества

  • Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач:

Для стали

,

где σΒ — предел прочности.

,

где σT — предел текучести.

Для алюминиевых сплавов

Для медных сплавов

  • Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.

Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следует отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.

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»
  • ISO 2039—1:1993 «Пластмассы. Определение твердости. Часть 1. Метод с применением шарикового индентора»
  • ASTM E-10 «Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials»

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Метод Бринелля

Ме́тод Брине́лля — один из основных методов определения твёрдости.

История

Метод предложен шведским инженером Иоганном Августом Бринеллем (1849—1925) в 1900 г., и стал первым широко используемым и стандартизированным методом опредения твёрдости в материаловедении.

Методика проведения испытаний и расчёт твёрдости

Этот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале дают небольшую предварительную нагрузку для установления начального положения индентора на образце, затем прилагается основная нагрузка, образец выдерживают под ее действием, измеряется глубина внедрения, после чего основная нагрузка снимается. При определении твёрдости методом Бринелля, в отличие от Метода Роквелла измерения производят до упругого восстановления материала. Индентер (полированный закалённый стальной шарик) вдавливают в поверхность испытуемого образца (толщиной не менее 4 мм) с регламентированным усилием. Через 30 с после приложения нагрузки измеряют глубину отпечатка. В другом варианте усилие прилагается до достижения регламентированной глубины внедрения. Твёрдость по Бринеллю HB расчитывается как «приложенная нагрузка», деленная на «площадь поверхности отпечатка»:

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

где:

P — приложенная нагрузка, Н;

D — диаметр шарика, мм;

d — диаметр отпечатка, мм.

или по формуле

HB = \frac{P}{\pi D h},

где:

h — глубина внедрения индентера.

Один из вариантов проведения теста приведён на рис.1:

Изображение:Brinell hardness test1.png

Нормативными документами определены диаметры индентора, время экспозиции, глубина внедрения инденетера.

  • В России регламентированные нагрузки 49 N, 127 N, 358 N, 961 N , диаметр шарика 5 мм., глубины внедрения от 0,13 до 0,35 мм.

В разных спецификациях эти значения различны.

  • Наиболее распространённые диаметры шарика — 10, 5, 2,5 и 1 мм и нагрузки 187,5 кгс, 250 кгс, 500 кгс, 1000 кгс и 3000 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 разными нагрузками и метод с применением разных шариков, а также дана формула вычисления твёрдости, не зависящей от нагрузки.

Твёрдость по шкале Бринелля выражают в Н/мм2.

Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердометры, как автоматические, так и ручные.

Типичные значения твёрдости для различных материалов

МатериалТвёрдость
Мягкое дерево, например сосна1.6 HBS 10/100
Твёрдое деревоот 2.6 to 7.0 HBS 10/100
Алюминий15 HB
Медь35 HB
Дюраль70 HB
Мягкая сталь120 HB
Нержавеющая сталь250 HB
Стекло500 HB
Инструментальная сталь650 - 700 HB

Преимущества и недостаки

Недостатки

  • Метод можно применять только для сравнительно мягких материалов, иначе сам шарик будет сдавлен. Как альтернатива, возможно применение шариков из карбида вольфрама (WC).
  • Измерение диаметра отпечатка — довольно сложный процесс, и необходимая аппаратура дорога
  • При вдавливании по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуется «повышение», что затрудняет измерение глубины отпечатка
  • Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов

Преимущества

  • Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.

Перевод результатов измерения твёрдости различными методами

Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть перведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по методам Виккерса и Роквелла. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Следуеь отметить, что таблицы перевода в разных нормативных документах отличаются.

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»
  • ISO 2039—1:1993 «Пластмассы. Определение твердости. Часть 1. Метод с применением шарикового индентора»
  • ASTM E-10 "Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials"

mediaknowledge.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *