Испытание на твердость по Бринеллю является одним из старейших и наиболее часто используемых методов анализа металлических материалов в материаловедении, машиностроении и других областях. Он остается надежным выбором при определении твердость материала, хотя появились новые методы. Тест на твердость по Бринеллю особенно полезен для материалов с крупными, грубыми зернами.
Содержание:
Что такое испытание на твердость по Бринеллю?
Этот тест стал первым стандартом для методов, используемых для оценки твердости металла в 1900 году, когда он был представлен Йоханом Августом Бринеллем, шведским инженером. Сейчас он по-прежнему играет важную роль в контроле качества, производстве и металлургии во всем мире. Испытание на твердость по Бринеллю — это механическое испытание, обычно используемое для оценки твердости материалов, таких как металлы и сплавы. Этот процесс выполняется путем нанесения отпечатка на испытываемый материал с помощью индентора при приложении известной нагрузки. Испытание на твердость по Бринеллю, BHT, следует серии процедур, которые вы увидите по мере продвижения, и оно эффективно для грубых и неоднородных материалов, таких как отливки и поковки.
Принцип испытания по Бринеллю
Основной принцип испытания по Бринеллю заключается в использовании твердого сферического индентора, который вонзается в испытываемый материал с использованием стандартизированной нагрузки в течение определенного времени. Индентор обычно представляет собой закаленный стальной или карбид вольфрама шарик диаметром 10 мм. Стандартизированная приложенная нагрузка составляет от 500 кгс до 3000 кгс в зависимости от испытываемого материала. Это делается в течение примерно 10–15 секунд, известного как время выдержки, перед проведением измерений.
Процедура испытания на твердость по Бринеллю
Ниже приведена пошаговая процедура проведения испытания на твердость по Бринеллю:
Подготовка тестового образца
Поверхность испытуемого образца тщательно подготавливается путем очистки или полировки абразивами, чтобы гарантировать ее гладкость и отсутствие каких-либо загрязнений. Это делается для обеспечения точного отпечатка и предотвращения ошибок в измерениях.
Выбор размера мяча
Для стандартных испытаний используется стандартный размер шарика — 10 мм, хотя он может быть и меньше — от 2.5 до 5 мм для более мягких или тонких материалов.
Выбор нагрузки
Выберите диапазон нагрузки от 500 до 3000 кгс в зависимости от характера испытываемого материала. Выберите 500 кгс для более мягких материалов, таких как алюминиевые сплавы, свинец и т. д. 1500 кгс подходит для бронзы и латуни, а 3000 кгс идеально подходит для сталей и чугунов.
Время и продолжительность загрузки
Применяйте выбранную нагрузку в течение времени выдержки около 10-15 секунд, используя систему, которая обеспечивает последовательность, чтобы избежать ошибок во время тестирования. Время выдержки, которое вы выберете, также будет зависеть от типа испытываемого материала.
Измерение отпечатка
Измерьте диаметр двух осей, перпендикулярных друг другу (900), и возьмите среднее значение или усреднение. Необходимо провести не менее двух измерений, чтобы избежать ошибок и повысить точность.
Расчет твердости по Бринеллю
Если вы используете ручную систему, введите измеренные значения в формулу для расчета числа твердости по Бринеллю. Однако автоматизированная система может дать вам мгновенные результаты.
Применение испытания на твердость по Бринеллю
Поскольку при испытании на твердость по Бринеллю образуется относительно большое углубление, оно больше подходит для испытания крупных образцов с грубой или неравномерной зернистой структурой, таких как поковки и литые детали.
Испытание мягких и среднетвердых металлов
Испытание по Бринеллю хорошо подходит для чугуна, алюминиевых сплавов, латуни и мягкой стали. Эти материалы позволяют получать чёткие отпечатки, не повреждая поверхность.
Крупные и неоднородные компоненты
Идеально подходит для крупногабаритных деталей, таких как отливки, поковки и стальные листы. Шариковый индентор диаметром 10 мм обеспечивает стабильные результаты даже на шероховатых или неровных поверхностях.
Мониторинг термообработки
Испытание позволяет сравнить твердость до и после термической обработки, такой как отжиг или отпуск, подтверждая, достигнут ли желаемый эффект.
Оценка зоны сварки
Испытание по Бринеллю усредняет изменения твердости в сварных швах и зонах термического влияния, обеспечивая надежные общие показания.
Преимущества и недостатки теста Бринелля
Преимущества:
- Простота и экономичность: простая настройка с минимальной подготовкой образцов.
- Отлично подходит для грубых поверхностей: можно выполнять на необработанных или неровных поверхностях.
- Эффективен для крупных деталей: может обрабатывать компоненты, слишком большие для других методов испытаний.
- Надежен для мягких и среднетвердых материалов: обеспечивает усредненные результаты, отражающие истинную объемную твердость
Минусы:
- Не подходит для тонких образцов: большие углубления могут повредить деликатные материалы.
- Большой размер углубления: может быть нежелательным для прецизионных деталей или косметических поверхностей.
- Меньшая точность: ограниченная точность для мелких или тонко обработанных материалов по сравнению с Виккерсом.
- Не подходит для покрытий: тест проникает сквозь поверхностные слои, что делает его неэффективным для поверхностных покрытий или тонких пленок.
Метод Бринелля против других испытаний на твердость
Чтобы лучше понять место метода Бринелля среди других популярных испытаний на твердость, давайте сравним его с Твердость по Виккерсу и Испытания на твердость по Роквеллу.
| Характеристика | Твердость по Бринеллю | Твердость по Роквеллу | Твердость по Виккерсу |
|---|---|---|---|
| индентор | Шарик стальной/карбидный | Стальной шар или конус | Алмазная пирамида |
| Диапазон нагрузки | 500–3000 кгс | 15–150 кгс | 10г – 100 кгс |
| Размер отступа | Большой | Средний | |
| Пригодность материала | Мягкие–средние металлы | Широкий диапазон | Тонкие покрытия |
| Точность подачи | Средний | Высокий | Очень высоко |
| Подготовка поверхности | Низкий | Низкий | Высокий |
| Общего пользования | Отливки, поковки | Контроль качества в массовом производстве | НИОКР, микроструктурный анализ |
У каждого теста есть свои сильные стороны. Метод Бринелля лучше всего подходит для грубых, мягких или крупных предметов. Метод Роквелла обеспечивает промышленную эффективность, а метод Виккерса отличается точностью и универсальностью.
FAQ
Подходит ли метод определения твердости по Бринеллю для измерения твердости спеченных металлических деталей?
Испытание на твердость по Бринеллю обычно не подходит для спеченные металлические детали. Его большой индентор может вдавливаться в поры поверхности, что приводит к неточным или непоследовательным результатам. Этот метод лучше подходит для плотных, однородных материалов. Для деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, обычно предпочтительнее метод Виккерса или метод микротвердости из-за меньших размеров отпечатков и более высокой точности.
Влияет ли температура на успешность испытания по Бринеллю?
Да, температура как образца, так и тестера может влиять на результаты. Поэтому безопаснее проводить этот тест при температуре окружающей среды в диапазоне от 10 до 35 0С (от 50 до 95 0F).
Есть ли разница между тестированием плоских и изогнутых поверхностей?
Да, есть несколько отличий:
- Форма углубления на плоской поверхности круглая, а на изогнутой поверхности не круглая, а эллиптическая.
- Для плоских поверхностей разница между двумя измерениями диаметра (наибольшим и наименьшим) одного и того же отпечатка не должна превышать процент от диаметра шарика индентора.
- Для криволинейных поверхностей минимальный радиус кривизны поверхности должен быть в два с половиной раза больше диаметра шара.