Bez nazwy3

60

Wprowadzony przez Brinella sposób obliczania rwardości za pomocą wzoru (5.1) spotkał się z dużą krytyką między innymi Meyera, który zaproponował obliczanie twardości jako stosunku siły F do pola powierzchni Sq rzutu powierzchni czaszy kulistej na płaszczyznę badanego pizedmiotu. Tak określona miara twardości, zaproponowana przez Meyera, bardziej prawidłowa z teoretycznego punktu widzenia, gwarantuje ponadto porównywalność ze skalą Vickersa. Brinell, wprowadziwszy do wzoru na HB wielkość S zamiast S₀, uzyskał mniejszą twardość ze względu na zależność 5 > S₀. Ponieważ ze zwiększaniem średnicy odcisku d pole powierzchni czaszy kulistej S zwiększa się szybciej od pola powierzchni jej rzutu 5^, więc wielkość S¹ zamiast Ą, we wzorze (5.1) określającym twardość, w pewnym stopniu kompensuje wpływ miejscowego utwardzenia materiału pod obciążoną kulką stąd według Brinella zaproponowana przez niego miara twardości jest praktycznie bardziej uzasadniona.

Pomiar twardości sposobem Brinella jest znormalizowany polską normą [1] o symbolu PN-91/H-043S0. Zgodnie z tą normą kulkę należy obciążać bez wstrząsów równomiernie do żądanej siły w ciągu od 2 do 8 s. Czas działania całkowitej siły obciążającej jest uzależniony od oczekiwanej twardości badanej próbki i powinien wynosić: dla twardości powyżej 100 HB (np. dla stali i żeliwa) od lOdo 15 s, dla metali i ich stopów o mniejszej twardości, lecz większej od 35 HB - 30 s, powyżej 10 HB - 120 s, a o twardości poniżej 10 HB - 180 s. Odciski na powierzchni badanego materiału wykonuje się kulkami o średnicach D równych 10; 5; 2,5; 2 i 1 mrn. Przy badaniu odlewów zaleca się stosowanie kulek o średnicy 2,5; 5 i 10 mm. Dopuszczalne odchyłki średnicy kulki wg PN-91/H-04350 podano w tablicy 5.1.

Tablica 5 I. Dopuszczalne odchyłki średnicy kulki wg PN-91/H-04350

Średnica kulki D fmml	Dopuszczalna odchyłka średnicy kulki D fmm]
10	0,0045
5	0,0040
2.5	0,0035
2	0,0035
1	0,0035

Kulką której średnica wskutek trwałych odkształceń powstałych przy próbach ma większe odchyłki od dopuszczalnych lub powierzchnia jej przy obserwacji za pomocą lupy o pięciokrotnym powiększeniu wykazuje wady, nie powinna być używana Eto badań są stosowane kulki ze stali obrobionej cieplnie o twardości minimum 850 HV10 lub z węglików spiekanych. Kulkę stalową stosuje się do badania metali o twardości do 450 jednostek Brinella. Za pomocą kulki z węglików spiekanych można badać metale o twardości do 650 jednostek Brinella. W przypadku twardości powyżej 350 HB należy odróżnić w zapisie wartości liczbowe twardości uzyskane za pomocą kulki stalowej (HBS) od wartości liczbowych twardości uzyskanych za pomocą kulki z węglików spiekanych (HBW). Do pomiaru średnicy d odcisku należy stosować mikroskop pomiarowy lub inny przyrząd pomiarowy umożliwiający pomiar z dokładnością do 0,25% średnicy kulki - w przypadku kulek o średnicy D równej 10 mm lub 5 mm, lub z dokładnością do 0,5% średnicy kulki - w przypadku kulek o mniejszych średnicach. Średnicę odcisku należy mierzyć w dwu wzajemnie prostopadłych kierunkach, a przy odciskach wydłużonych i nieregularnych należy mierzyć najmniejszą i największą średnicę. Różnica tych średnic nie powinna przewyższać 2% mniejszej średnicy. Średnica arytmetyczna obu pomiarów służy do obliczania twardości Brinella.

Rys. 5.2. Wykres twardości HB w zależności od obciążenia F dla stali węglowej o zawartości 0,25% C uzyskany przy użyciu kulki o średnicy D = 10 mm

Ze wzoru (5.6) wynika, że dla przyjętej do pomiaru kulki o średnicy D twardość HB zależy od obciążenia F i od średnicy d otrzymanego odcisku. Jeżeli wy konamy przy różnych obciążeniach F wiele odcisków na powierzchni danego materiału kulką o tej samej średnicy D, to otrzymamy różną głębokość odcisków, a więc i różne średnice d. Na podstawie obliczeń HB dla przeprowadzonych prób możemy zauważyć, że wartości liczbowe wyznaczone ze wzoru (5.6) nie są sobie równe (rys. 5.2) mimo badania tego samego materiału o stałej twardości. Podobnie różne wartości liczbowe twardości HB uzyskamy po wykonaniu wielu prób na tym samym materiale i przy stałym obciążeniu z użyciem kulek o różnych średnicach D. Przyczyn tego zjawiska należy szukać w naruszeniu prawa podobieństwa. Odciski kulki w badanym materiale wykonane przy różnych obciążeniach lub kulkami o różnych średnicach nie są geometrycznie podobne. Ponieważ celem próby jest określenie pewnej stałej właściwości mechanicznej materiału, jaką jest twardość, uzależnienie wyniku próby od warunków jej przeprowadzania (wartość obciążenia F, średnica kulki D) jest zjawiskiem niepożądanym.

Krzywa zmiennej twardości ustalona doświadczalnie (rys. 5.2) ma podobny charakter również dla innych metali i stopów. Jednoznacznym określeniem twardości mogłaby więc być np. twardość maksymalna HB^ jednakże długotrwałość prób związanych z wyznaczaniem wartości HB_mlx eliminuje tę wielkość jako miarę twardości stosowaną w praktyce.

Zachowanie podobieństwa geometrycznego odcisków kulki gwarantuje zbliżone do optymalnych warunki porównywania twardości różnych metali. Należałoby więc wykonywać pomiary przy jednakowym kącie wgniatania <p (rys. 5.1). Spełnienie tego warunku wymagałoby