Pomiar twardości metoda Brinella

1. Wstęp

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 mikrotwardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało oszlifowane, ponieważ stan powierzchni metalu ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań twardości. Do pomiarów makrotwardości stosuję się metody:
 Brinella
 Vickersa
 Rockwella

Zastosowania w ćwiczeniu numer 1 metoda Brinella polega na staty-cznym 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.






2. Opis przebiegu ćwiczenia

Podczas wykonywania ćwiczenia korzystamy z dwóch urządzeń: twardościomierza i mikroskopu warsztatowego. Najpierw trzeba odpowiednio ustawić twardościomierz. Na talerzyk jarzma nakładamy ciężarki odpowiadające wymaganemu naciskowi, mocujemy kulkę o odpowiedniej średnicy i po tych czynnościach kładziemy badaną próbkę na stoliku. Do wykonania ćwiczenia otrzymalismy dwie próbki (A i B). Dla każdej stosujemy ten sam wgłebnik o średnicy 10 mm i ten sam nacisk wynoszący 3000 kg. Żeby nałożyć na jarzmo odpowiednie ciężarki nacisk podany w kilogramach musimy przeliczyć na jednostkę siły (N) korzystając ze wzoru na siłę F=ma (m=3000 kg, a=9,8)
otrzymujemy 29 420 N . Kołkiem ręcznym podnosimy stolik z próbką aż do zetknięcia się z kulką. Zamykamy zawór przelewowy, pompą zwiększamy nacisk aż do momentu podniesienia się jarzma z ciężarkami, nie doprowadzając jednak do momentu przelewu. Następnie utrzymujemy nacisk na probkę przez ok. 15 sekund i otwieramy wolno zawór. Po otwarciu zaworu zwalniamy i zdejmujemy próbkę. Mierzymy średnicę odcisku za pomocą mikroskopu warsztatowego w 2 prostopadłych kierunkach z dokładnością co do 0,01 mm. Obliczamy twardość badanych próbek korzystając ze wzoru:
i obliczoną w ten sposób twardość porównujemy z wynikiem odczytanym z odpowiedniej tablicy.

Próbka A (stal perlityczna):
Wartość HB odczytana z tablic: 285 HB
Zmierzona średnica odcisku w metalu: 3,67 mm i 3,52 mm
Wartość HB wyliczona ze wzoru:
HB= 273 dla średnicy odcisku równej 3,67 mm


HB=298 dla średnicy odcisku równej 3,52 mm
a więc teraz liczymy średnią arytmetyczną z sumy dwóch pomiarów:
Wynika stąd że zmierzona przez nas twardość dla próbki A wynosi 285,5 HB czyli jest podobna do tej odczytanej z tablic.


Próbka B:
Wartość HB odczytana z tablic: 149 HB
Zmierzona średnica odcisku w metalu: 4,84 mm i 5,01 mm
Wartość HB wyliczona ze wzoru:

HB-152,5 dla średnicy odcisku równej 4,84 mm


HB=141,5 dla średnicy odcisku równej 5,01 mm
a więc teraz liczymy średnią arytmetyczną z sumy dwóch pomiarów:

Wynika stąd, że zmierzona przez nas twardość dla próbki B wynosi 147,15 HB czyli jest podobna do tej odczytanej z tablic.


3. Wnioski

Z przeprowadzonego ćwiczenia wynika, że próbka A jest materiałem twardszym niż próbka B (czyli jest mniej podatna na odkształcenia trwałe) i tym samym może znaleźć szersze zastosowanie w przemyśle.