MG!45

2.2.2. Pomiar twardości sposobem Brinella

Pomiar twardości sposobem Brinella polega na wgniataniu przez określony czas kulki stalowej (hartowanej) lub z węglików spiekanych o średnicy D w płaską, dostatecznie gładką powierzchnię badanego przedmiotu siłą F prostopadłą do tej powierzchni (rys. 2.13). Średnica _F    trwałego odcisku kulki d, zmierzona po odcią

żeniu badanego materiału, służy do obliczenia twardości. Miarą twardości wyznaczonej sposobem Brinella jest stosunek siły F [N] wgnia-tającej kulkę do pola S [mm²] powierzchni odcisku, powstałej w badanym materiale

HB = ^0,-°^.    (2.30)

5

Pole powierzchni odcisku wyznacza się ze wzoru

Rys. 2.13    S > nDh [mm²].    ⁽²'³¹⁾

Określenie pola powierzchni odcisku na podstawie pomiaru głębokości h odcisku jest mało dokładne. Dlatego głębokość odcisku wyznacza się pośrednio, mierząc średnicę odcisku d [mm]

h = -(d - JD¹ - d²) [mm].    (2-32)

Zatem pole powierzchni odcisku określa wzór

_s _ nPip-^-d²)    (2.33)

2

Ostatecznie twardość Brinella oblicza się z zależności

HB = 0,102-—    .    (2.34)

ud(d - JD² -d²)

Średnica odcisku d jest średnią arytmetyczną średnic d. \ <L, mierzonych w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach

d - fllń.    (2.35)

2

Pomiar twardości sposobem Brinella jest ujęty normą PN-91/H-G4350. Kulkę należy obciążać bez wstrząsów równomiernie do żądanej siły w ciągu około 10 s. Czas działania całkowitej siły obciążającej powinien wynosić: dla stali i żeliwa — 10fl5 s, dla innych metali i ich stopów o twardości równej

lub większej od 32 jednostek Brinella - 30 s, a o twardości poniżej 32 jednostek Brinella - 60 s. Odcisków na powierzchni badanego materiału dokonuje się kulkami o średnicach D, równych 10; 3; 2,5; 2; 1 mm. Dopuszczalne odchyłki średnicy kulki podane są w cytowanej normie. Do badali stosuje się kulki ze stali obrabianej cieplnie, o twardości minimum 850 HV, lub z węglików spiekanych. Kulki stalowej używa się do badania metali o twardości do 450 jednostek Brinella. Przy użyciu kulki z węglików spiekanych można badać metale o twardości do 600 jednostek Brinella. Do pomiaru średnicy d odcisku należy stosować mikroskop pomiarowy lub inny przyrząd pomiarowy, umożliwiający pomiar z dokładnością ±0,25% średnicy kulki, w przypadku kulek o średnicy 10 i 5 mm oraz do ±0,05% średnicy kulki - w przypadku kulek o średnicy 2,5; 2 i 1 mm. Średnicę odcisku należy mierzyć w dwu wzajemnie prostopadłych kierunkach, a przy odciskach wzdłużnych i nieregularnych należy mierzyć najmniejszą i największą średnicę. Różnica tych średnic nie powinna przekraczać 2% mniejszej średnicy.

Ze wzoru (2.30) wynika, że dla przyjętej do pomiaru kulki o średnicy D twardość HB zależy od obciążenia F i od średnicy d otrzymanego odcisku. Dokonując przy różnych obciążeniach F_x,F_v...,F_n wielu odcisków na powierzchni danego materiału kulką o tej samej średnicy D, uzyskuje się różne głębokości odcisków, a więc i różne średnice d_vd₂.....d_n. Tym samym, naru

szone zostaje prawo podobieństwa geometrycznego. Odciski kulki w badanym materiale wykonane przy różnych obciążeniach lub kulkami o różnych średnicach nie są geometrycznie podobne. Natomiast warunkiem podstawowym porównywalności pomiarów twardości jest zachowanie podobieństwa geometrycznego odcisków (prawo Kicka). Ponieważ celem próby jest określenie pewnej stałej właściwości mechanicznej materiału, jaką jest twardość, uzależnienie wyniku próby od warunków jej przeprowadzenia (wartość obciążenia F, średnica kulki D) jest zjawiskiem niepożądanym.

Na rys. 2.14 przedstawiono wykres twardości HB w zależności od obciążenia F (wg N. Szaposznikowa [16]) dla stali węglowej o zawartości 0,25 C przy użyciu kulki D = 10mm. Najdokładniejszym i jednoznacznym określeniem twardości byłoby znalezienie twardości maksymalnej HB_mmt. Taki sposób postępowania zapewniałby optymalne warunki porównywania twardości różnych metali, jednak nie nadaje się on do stosowania w praktyce ze względu na długotrwałość tego rodzaju prób. Przedstawiona krzywa zmiennej twardości ustalona doświadczalnie ma podobny charakter również w odniesieniu do wielu innych metali i stopów. Stwierdzono, że w pewnym przedziale obciążenia

F_[<F<F₁    (2.36)

wartość twardości HB nie ulega większym zmianom i jest zbliżona do wartoś-ci HB^. Warunek (2.36) jest spełniony, jeżeli dla danej średnicy kulki D średnica odcisku d zawiera się w granicach

(2.37)

0,250 id i 0,60.