Metoda Brinell

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 16 iunie 2020; verificările necesită 2 modificări .

Metoda Brinell este una dintre principalele metode de determinare a durității unui material.

Istorie

Metoda a fost propusă de inginerul suedez Johan August Brinell ( 1849-1925 ) în 1900 și a devenit prima metodă utilizată și standardizată pe scară largă pentru determinarea durității în știința materialelor .

Procedura de încercare și calculul durității

Metoda Brinell se referă la metodele de indentare .

Testul se efectuează după cum urmează:

mai întâi, proba este adusă la indentor ;
apoi indentatorul este presat în probă cu o sarcină care crește ușor timp de 2-8 secunde ;
după atingerea valorii maxime, sarcina pe indentor este menținută pentru o anumită perioadă de timp (pentru oțeluri , de obicei 10-15 secunde );
apoi, sarcina aplicată este îndepărtată, proba este îndepărtată din indentor și se măsoară diametrul indentării rezultate.

Ca indentatoare se folosesc bile din aliaj dur cu diametrul 1 ; 2 ; 2,5 ; 5 și 10 mm . _ Mărimea sarcinii și diametrul mingii sunt selectate în funcție de materialul studiat.

Materialele studiate sunt împărțite în 5 grupe principale :

1- otel , nichel si aliaje de titan ; 2 - fonta ; 3 - cupru si aliaje de cupru ; 4 - metale ușoare și aliajele acestora; 5 - plumb , cositor .

În plus, grupurile de mai sus pot fi împărțite în subgrupe în funcție de duritatea probelor.

Atunci când alegeți condițiile de testare, asigurați-vă că grosimea probei este de cel puțin 8 ori adâncimea de adâncime a indentorului . Și este, de asemenea, important să controlați diametrul indentației, care ar trebui să fie în intervalul de la 0,24 D la 0,6 D , unde D este diametrul indentatorului (bilei).

Duritatea Brinell este desemnată „HB” (Duritate Brinell) când se folosește o bilă de oțel ca indentor sau „ HBW ” când se folosește o bilă din carbură ca indentor și poate fi calculată în două moduri:

metoda de amprentă restaurată;
metoda amprentei nerecuperate.

Conform metodei de indentare reconstruită, duritatea este calculată ca raport dintre sarcina aplicată și aria suprafeței indentării:

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

Unde:

$F$ — sarcina aplicată, N ;
$D$ este diametrul bilei , mm ;
$d$ — diametrul amprentei, mm m .

Conform metodei de amprentare nerecuperată , duritatea este definită ca raportul dintre sarcina aplicată și aria părții indenterului încorporată în material :

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

unde este adâncimea de penetrare a indentorului , mm . $h$

Documentele de reglementare definesc:

diametrele indentorului;
timpul de indentare;
timp de menținere sub sarcină maximă;
grosimea minimă a probei;
valorile minime și maxime ale diagonalelor de imprimare;
sarcini maxime;
grupa materialului studiat.

Conform ISO 6506-1:2005 (GOST 9012-59), sunt reglementate următoarele sarcini de bază: 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 .

Un exemplu de denumire a durității Brinell:

600 HBW 10/3000/20

Unde:

600 - Valoarea durității Brinell, kgf / m m² ;
HBW este simbolul durității Brinell;
10 este diametrul bilei în mm ;
3000 - valoarea aproximativă a sarcinii echivalente în kgf (3000 kgf \u003d 29 420 N );
20 este timpul sarcinii, s .

Pentru a determina duritatea prin metoda Brinell, se folosesc diverse teste de duritate (de exemplu, teste de duritate pentru metale ), atât staționare, cât și portabile.

Valori tipice de duritate pentru diverse materiale

Material	Duritate
Lemn moale , cum ar fi pinul	1,6 HBS 10/100
lemn solid	2,6 până la 7,0 HBS 10/100
Polietilenă de joasă presiune	4,5-5,8HB [1]
Polistiren	15 HB [1]
Aluminiu	15 HB
Cupru	35 HB
Duraluminiu	70 HB
oțel moale	120 HB
Oţel inoxidabil	250 HB
Sticlă	500 HB
Oțel pentru scule	650-700HB

Avantaje și dezavantaje

Defecte

Metoda este recomandată pentru materiale cu duritate de până la 450 HB .
Duritatea Brinell depinde de sarcină ( efectul mărimii indentării inverse ) .
Atunci când indentatorul este apăsat de-a lungul marginilor adânciturii, din cauza extrudarii materialului, se formează grămezi și slăbiri, ceea ce face dificilă măsurarea atât a diametrului cât și a adâncimii adâncimii.
Datorită dimensiunii mari a corpului de încorporare (bilă), metoda nu este aplicabilă probelor subțiri.

Avantaje

Cunoscând duritatea Brinell, se poate găsi rapid rezistența la tracțiune și forța de curgere a materialului, ceea ce este important pentru problemele de inginerie aplicate.

Pentru oțel

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

unde - rezistenţa la tracţiune , M Pa . $\sigma _{\mathrm{B} }$

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

unde este limita de curgere , M Pa . $\sigma _{T}$

Pentru aliaje de aluminiu

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

Pentru aliaje de cupru

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

Deoarece metoda Brinell este una dintre cele mai vechi, s-a acumulat o mulțime de documentație tehnică, unde duritatea materialelor este indicată în conformitate cu această metodă.

Această metodă este mai precisă decât metoda Rockwell la valori mai mici de duritate (sub 30 HRC ).

De asemenea, metoda Brinell este mai puțin critică pentru curățenia suprafeței pregătite pentru testarea durității.

Traducerea rezultatelor măsurării durității prin diverse metode

Rezultatele durității Brinell pot fi convertite folosind tabele în unități de duritate prin alte metode, cum ar fi metoda Vickers și metoda Rockwell . La rândul lor, măsurătorile de duritate prin ultimele două metode pot fi convertite în unități de duritate folosind metoda Brinell. Conversia numerelor de duritate trebuie utilizată numai în cazurile în care nu este posibilă testarea materialului în condițiile date. Numerele de conversie a durității rezultate, atât tabelare, cât și calculate din ecuații conform ASTM E 140-07, sunt doar aproximative și pot să nu fie exacte pentru cazuri specifice. Din punct de vedere fizic, o astfel de comparație a numerelor de duritate obținute prin metode diferite și având dimensiuni diferite este lipsită de orice semnificație fizică.

Documente normative

GOST 9012-59 (ISO 410-82, ISO 6506-81) Metale. Metoda de măsurare a durității Brinell"
ISO 6506-1:2014 „ Materiale metalice - Test de duritate Brinell - Partea 1: Metoda de încercare ”
ASTM E -10 " Metoda de testare standard pentru duritatea Brinell a materialelor metalice "
ASTM E 140-07 „Tabele standard de conversie a durității pentru metale Relația dintre duritatea Brinell , duritatea Vickers , duritatea Rockwell , duritatea superficială , duritatea Knoop și duritatea scleroscopului ”

Vezi și

Note

↑ 1 2 Manual de materiale plastice, editat de M. I. Garbar, M. S. Akutin, N. M. Egorov (M., „Chimie”, 1967)