Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Zamościu
Laboratorium Inżynieria Materiałowa	Temat ćwiczenia: Pomiar twardości metodą Brinella
Semestr: II	Wykonał: Daniel Kula	Data:	Ocena:

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie metody pomiaru twardości wg Brinella, jej zastosowanie oraz nabycie praktycznych umiejętności pomiaru w/w metodą.

2.Wstęp teoretyczny

Twardością określa się odporność materiału na odkształcenia trwałe, które powstają pod wpływem sił skupionych, działających na małą powierzchnię materiału, wywołanych przez wciskanie odpowiedniego wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiałową, a więc porównywanie twardości jest możliwe w zakresie tylko jednej metody.
W zależności od wielkości odkształcenia spowodowanego wnikaniem wgłębnika w materiał rozróżnia się pomiary makro- i mikro-twardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało oszlifowane, ponieważ stan powierzchni metalu ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań twardości

Makrotwardość i mikrotwardość na te dwa czynniki mogą być badane materiały. Badając przedmiot na makrotwardość określamy twardość materiału jako całości, natomiast przy badaniu na mikrotwardość określamy twardość poszczególnych składników strukturalnych danego materiału.

Twardościomierz to szeroko rozpowszechniony, nieskomplikowany przyrząd służący do badań twardości. Walorami tych urządzeń są: prostota i szybkość pomiaru, nieniszczący charakter próby oraz możliwość orientacyjnego określenia na podstawie wskaźników twardości innych własności wytrzymałościowych.

Metoda Brinella polega na statycznym wciskaniu twardej, kalibrowanej kulki o średnicy D w powierzchnię metalu obciążeniem wywołanym siłą F. Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej F do powierzchni czaszy odcisku i oznacza się ją symbolem HB.

gdzie: n - współczynnik (najczęściej 30, 10, 5, 2.5, 1)

D - średnica kulki (najczęściej 10, 5, 2.5 mm)

d - średnica odcisku w metalu [mm]

Wartość współczynnika n powinna być tak dobrana, aby uzyskać odcisk o średnicy d wynoszący od 25% do 60% D.

Wartości twardości HB wyznaczone przy użyciu kulek o różnej średnicy można porównać tylko wtedy gdy zachowana jest stała wartość współczynnika n. Próba twardości metodą Brinella stosowana jest do badania twardości metali o twardości nie przekraczającej 650 HB.

3. Przebieg ćwiczenia

Najpierw ustala się materiał kulki. Do pomiarów należy stosować następujące kulki:

a) przy twardości do 450 HB - kulki stalowe,

b) przy twardości powyżej 450 HB - kulki z węglików spiekanych.

Wyniki podaje się w postaci liczby z symbolem HB. Typowe warunki próby są następujące:

- kulka o średnicy 10 mm

- siła obciążająca 29420 N ( 3000 kg )

- czas działania 10 do 15 s

W przypadku innych warunków próby symbolem średnicą kulki, wielkością i czasem działania siły. Na przykład HB D/P/t, gdzie t - czas. Wymiarów [MPa] nie podaje się przy liczbie twardości. Średnicę kulki dobiera się w zależności od grubości próbki.

Wielkość siły obciążającej oblicza się wzorem:

Fi = n Di2

Współczynnik n zależy od rodzaju materiału i zakresu twardości .Przedmioty poddane pomiarom twardości powinny być oczyszczone. Obciążenia jest przyczyną odkształceń. Należy pamiętać o poprawnym ustawieniu przedmiotów podczas pomiarów. Odkształcenia nie mogą utrudniać lub uniemożliwiać

prawidłowego trwałego odcisku. Równocześnie należy pamiętać o przepisach BHP, w myśl

których przedmiot należy tak ustawić i zamocować, aby nie zaistniało niebezpieczeństwo dla

obsługującego twardościomierz.

Odstęp środków dwóch sąsiednich odcisków powinien być większy od czterokrotnej

średnicy odcisku; odstęp środka odcisku od krawędzi badanej powierzchni powinien być

większy od dwu - i pół krotnej średnicy odcisku.

Grubość przedmiotu powinna być kilkakrotnie większa od głębokości odcisku, aby uniknąć

wpływu właściwości podłoża, na którym umieszcza się przedmiot podczas wykonywania

pomiaru g k h. Współczynnik k dla stali, żeliwa i metali nieżelaznych przyjmuje się minimum

10.Zasadniczo sposób Brinella odnosi się do pomiaru płaskiej powierzchni przedmiotu. jednakże

norma dopuszcza wykonanie pomiaru twardości na powierzchniach wypukłych lub wklęsłych.

W niektórych przypadkach można wykonać pomiar na niepłaskiej powierzchni przedmiotu

jednak pod warunkiem, że najmniejszy promień krzywizny przedmiotu będzie większy od

trzykrotnej średnicy kulki, przy czym za średnicę odcisku należy przyjąć średnią arytmetyczną

największej i najmniejszej średnicy odcisku.

Kulkę obciążać należy bez wstrząsów, do żądanej siły całkowitej w ciągu około 10 s.

Całkowity czas działania siły obciążającej powinien wynosić:

dla stali i żeliwa - 10 do 15 s

dla innych metali o twardości HB 320 - 30 s

dla innych metali o twardości HB < 320 - 60 s

Średnicę odcisku mierzy się w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Średnia

arytmetyczna obu pomiarów służy do obliczenia lub odczytania twardości z tablic

stanowiących załącznik do normy PN-74/H-04350. Różnica mierzonych średnic na

powierzchni płaskiej nie powinna być większa od 2 % średniej arytmetycznej średnicy

odcisku.

Dane i wyniki pomiarów wpisać do protokółu pomiarów. Należy wykonać pomiary dla dwóch próbek.

Dokładność badań uzależniona jest od wartości liczbowej twardości i przedstawia się

następująco:

HB > 1000 - dokładność do 10 HB

HB od 100 do 1000 - dokładność do 5 HB

HB < 100 - dokładność do 1 HB

4.Wnioski

Metoda ta jest bardzo dobrą metoda pomiaru lecz nie jest uniwersalna . Nie pozwala nam dokonać pomiarów twardości przedmiotów bardzo małych .Sprawia kłopoty w pomiarze średnicy odcisku oraz pomiary nie są porównywalne .Nie można użyć tej metody dla materiałów bardzo twardych .Metodą Brinella można dokonywać pomiarów twardości stopów niejednorodnych .

---