Bez nazwy3a

60

Wprowadzony przez Brinella sposób obliczania twardości za pomocą wzoru (5.1) spotkał się z dużą krytyką, między innymi Meyera, który zaproponował obliczanie twardości jako stosunku siły F do pola powierzchni So rzutu powierzchni czaszy kulistej na płaszczyznę badanego przedmiotu. 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 w-zgtędu na zależność S > S₀. Ponieważ ze zwiększaniem średnicy odcisku d pole powierzchni czaszy kulistej 5 zwiększa się szybciej od pola powierzchni jej rzutu .$>, więc wielkość S 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-04350. 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 j żeliwa) od 10 do 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 mm. 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 5.1. Dopuszczalne odchyłki średnicy kulki wg PN-9I/H-04350

Średnica kulki D fmm1	Dopuszczalna odchyłka średnicy kulki D frrml
10	0,0045
' 5	0,0040
2,5	0,0035
2	0,0035
1	0,0035

Kulka, 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. Do badań są stosowane kulki ze stali obrobionej cieplnie o twardości minimum 850 HY10 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 uzy-

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

skane za pomocą kulki stalowej (HBS) od wartości liczbowych twardości uzyska nych 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.

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 wykonamy 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 /•', 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 HBjednakże 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

--