Практическая работа №13. Измерение твердости материала по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса. Часть первая. Метод Бринелля

Практическая работа №13

Измерение твердости материала по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса

Часть первая

Твёрдость — свойство материала сопротивляться внедрению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади поверхности, площади проекции или объёму отпечатка. Различают поверхностную, проекционную и объемную твёрдость. Поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка; проекционная твёрдость — отношение нагрузки к площади проекции отпечатка; объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):

Метод Бринелля

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

Метод Бринелля относится к методам вдавливания.

Испытание проводится следующим образом:

вначале образец подводят к индентору;
затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2‑8 секунд;
после достижения максимальной величины нагрузка на индентор выдерживается в определённом промежутке времени (для сталей обычно 10‑15 секунд);
затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют диаметр получившегося отпечатка.

В качестве инденторов используются шарики из твёрдого сплава диаметра 1; 2; 2.5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала.

Исследуемые материалы делят на 5 основных групп:

1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;

2 — чугун;

3 — медь и сплавы меди;

4 — лёгкие металлы и их сплавы;

5 — свинец, олово.

Кроме того, выше приведённые группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твёрдости образцов.

При выборе условий испытаний следят за тем, чтобы толщина образца, как минимум, в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. И ещё важно контролировать диаметр отпечатка, который должен находиться в пределах от 0,24·D до 0,6·D, где D — диаметр индентора (шарика).

Твёрдость по Бринеллю обозначается «HBW».

Нормативными документами определены:

диаметры индентора;
время вдавливания;
время выдержки под максимальной нагрузкой;
минимальная толщина образца;
минимальная и максимальная величины диагоналей отпечатка;
максимальные нагрузки;
группа исследуемого материала.

Недостатки метода

Метод рекомендуется применять для материалов с твёрдостью до 450 HB.
Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки
При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.

Преимущества метода

Зная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала.
Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.
Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).

· Также метод Бринелля менее критичен к чистоте поверхности, подготовленной под замер твёрдости.