Brinellovo merjenje trdote po ISO 6506 / ASTM E10

Zaporedje merjenja trdote po Brinellu Izračun trdote po Brinellu Prednosti in slabosti Pregled Brinellovih metod in aplikacij Najmanjše razdalje vdolbin in najmanjša debelina vzorca Merilnik trdote po Brinellu

Podatki o merilni metodi po Brinellu (določitev trdote po Brinellu HBW)

Splošne informacije o merjenju trdote po Brinellu

Vtiskovalo, uporabljeno pri Brinellovi merilni metodi, je izdelano iz trde kovinske kroglice s premerom D = 10; 5; 2,5 ali 1 mm. Nanese se na vzorec s preskusno silo (standardno od 1 kg do 3000 kg) in se drži glede na čas držanja.

Za izračun Brinellove trdote se na površini vzorca izmerita dva pravokotna premera preskusne vdolbine. Poleg tega sta potrebna preskusna sila N in premer sferičnega vtiskovala.

Postopek merjenja trdote po Brinellu po ISO 6506

Pri Brinellovem merjenju trdote, optični metodi, se meri velikost vdolbine (diagonale), ki jo pušča vtiskovalo. V nasprotju z optično Vickersovo metodo, pri kateri se v vzorec vtisne piramidasto vtiskovalo, Brinellova metoda uporablja sferično vtiskovalo.

Čim večjo vdolbino pusti Brinellovo vtiskovalo z določenim premerom krogle in pod določeno preskusno silo na površini vzorca, tem mehkejši je preskušani material.

V skladu z ISO 6506 se sferično vtiskovalo iz trde kovine (volframovega karbida) vtisne v vzorec z določeno preskusno obremenitvijo (med 1 kgf in 3000 kgf), da se določi trdota po Brinellu (HBW).

Kaj kaže trdota po Brinellu?

Trdota po Brinellu je merska enota, ki označuje trdoto materiala. Izmeri se z metodo trdote po Brinellu, pri kateri se v material vtisne kroglica iz trde kovine. Velikost nastale vdolbine se optično izmeri, da se določi trdota materiala.

Trdota po Brinellu se običajno uporablja za materiale z veliko velikostjo zrn, grobo preskusno površino ali nehomogene materiale, kot so ulitki, zlitine in kovani deli. Definiran je kot razmerje med uporabljeno silo in površino vdolbine. Enota za trdoto po Brinellu je HBW (trdota po Brinellu s kroglico iz volframovega karbida).

Izračun trdote po Brinellu

Trdota po Brinellu HBW je rezultat kvocienta uporabljene preskusne sile F (v newtonih N) in površine preostale vdolbine na vzorcu (projekcija vdolbine) po odstranitvi preskusne sile (glej Brinellovo formulo). Za izračun površine preostale kroglične vdolbine se uporabi aritmetična sredina d dveh pravokotnih diagonal d1 in d2 (v mm), ker osnovna površina Brinellovih vdolbin pogosto ni popolnoma okrogla.

V praksi se formula pri določanju vrednosti trdote ne izračuna za vsako posamezno merjenje. Vrednost trdote lahko alternativno določite iz tabel, to je posebej programirane programske opreme za merjenje trdote, ki prikazuje vrednost trdote kot funkcijo povprečnega premera vdolbine d za vse standardizirane premere krogle in preskusne obremenitve.

Preskusno silo je treba izbrati tako, da je povprečni premer vdolbine d med 0,24 D in 0,6 D.

Za izpolnjevanje teh omejitev je treba preskusno silo uskladiti s premerom krogle. Posledica tega so različni indeksi sile-premera (imenovani tudi ravni obremenitve ali faktorji obremenitve) v Brinellovi metodi, kjer je kvocient preskusne sile in kvadrata premera krogle konstanten: B = 0,102*F/D2. Pet skupnih indeksov premera sile je 1, 2,5, 5, 10 in 30. Merjenje materiala z različnimi premeri krogle in preskusnimi silami mora potekati znotraj istega indeksa sile-premera, da se dosežejo primerljivi rezultati preskusa (glejte pregledno tabelo »Brinellove metode in aplikacije«).

Premer krogle mora biti izbran tako, da vdolbina pokriva največjo možno površino vzorca – reprezentativno za vzorec.

V skladu s standardom (ISO 6506) je treba preskusno obremenitev povečati na končno vrednost v najmanj dveh do največ osmih sekundah. Na splošno je čas zadrževanja za preskusno obremenitev 10 do 15 sekund. Če je čas zadrževanja daljši, je treba v vrednosti trdote navesti tudi trajanje v sekundah, npr.: 210 HBW 5/250/30 (čas zadrževanja 30 s).

Prednosti in slabosti merjenja trdote po Brinellovi metodi

Brinellova metoda ponuja naslednje prednosti:

Brinellova metoda se lahko uporablja za merjenje nehomogenih materialov (npr. ulitkov), ker velika krogla pride v stik z mnogimi kristali (različnimi metalografskimi sestavinami materiala), s čimer se oblikuje mehanska povprečna vrednost.
Izbirate lahko med velikim številom preskusnih sil in premerov kroglic za najrazličnejše aplikacije.
Relativno velike merilne vdolbine, ki jih je lažje izmeriti kot precej majhne Vickersove vdolbine.
Površina vzorca je lahko hrapava.

Brinellova metoda ima naslednje pomanjkljivosti:

Kakovost površine vzorca mora biti dobra, saj se vdolbina meri optično. To pomeni, da je treba mesto merjenja pripraviti.
Veliko tveganje za deformacijo materiala, ki ga je treba preskusiti, pri preskušanju v makro območju z visokimi preskusnimi obremenitvami (npr. HBW 10/3000) in posledično tveganje za napake pri merjenju zaradi oblikovanja sten. Zato je dobra osvetlitev pomembna za zagotavljanje pravilne ocene merilne vdolbine (npr. s pomočjo obročaste luči).
Omejitev pri uporabi metode na tankih vzorcih zelo trdih materialov (glej Brinellovo metodo, minimalna debelina vzorca).
Postopek je precej počasen (v primerjavi z metodo Rockwell). Preskusni cikel traja nekje med 30 in 60 sekundami, pri čemer ni vključen čas, potreben za pripravo vzorca.

Primeri metod in aplikacij za merjenje trdote po Brinellu

Brinellova metoda je primerna za merjenje trdote mehkih kovin (lahke kovine, svinec, kositer) kot tudi trdih kovin, kot sta jeklo in železo.

Merjenje materiala po Brinellu z različnimi premeri krogle in preskusnimi silami mora potekati v okviru istega indeksa sila-premer („Brinellov merilni postopek“), da se omogoči neposredna primerjava izmerjenih vrednosti trdote.

Spodnji pregled tabele predstavlja Brinellove metode, razvrščene po indeksu sile-premera, povezanem razponu trdote in priporočenih aplikacijah (materiali). Višji kot je faktor obremenitve, trše so kovine, ki jih je mogoče ali bi bilo treba meriti z metodami znotraj tega indeksa sile-premera. Najpogostejši indeks premera sile (faktor obremenitve) je HBW 30. Brinellove metode, ki spadajo v HBW 30, se uporabljajo za merjenje trdih kovin, kot sta jeklo in železo.

Material	Metoda	Vtiskovala	Preskusna obremenitev F	Stopnja obremenitve 0,102 x F/D²	Območje trdote HBW*
Jeklo/železo	HBW 1/30	1 mm	294,2 N	30	95,5-653
	HBW 2,5/187,5	2,5 mm	1,839 kN
	HBW 5/750	5 mm	7,355 kN
	HBW 10/3000	10 mm	29,42 kN
Lahka kovina Baker / alumij Bakrove zlitine Aluminijeve zlitine	HBW 1/10	1 mm	98,07 N	10	31,8-218
	HBW 2,5/62,5	2,5 mm	612,9 N
	HBW 5/250	5 mm	2,452 kN
	HBW 10/1000	10 mm	9,807 kN
Lahka kovine Baker/ aluminij Bakrove zlitine brez toplotne obdelave	HBW 1/5	1 mm	49,03 N	5	15,9-109
	HBW 2,5/31,25	2,5 mm	306,5 N
	HBW 5/125	5 mm	1,226 kN
	HBW 10/500	10 mm	4,903 kN
Lahke kovine	HBW 1/2,5	1 mm	24,52 N	2,5	7,96-54,5
	HBW 2,5/15,625	2,5 mm	153,2 N
	HBW 5/62,5	5 mm	612,9 N
	HBW 10/250	10 mm	2,452 kN
Lahke kovine Svinec / kositer	HBW 1/1	1 mm	9,807 N	1	3,18-21,8
	HBW 2,5/6,25	2,5 mm	61,29 N
	HBW 5/25	5 mm	245,2 N
	HBW 10/100	10 mm	980,7 N
	*Priporočeno območje trdote po EN ISO 6506-4, tabela 2

Najmanjša razdalja vdolbin vzorca in najmanjša debelina vzorca za Brinellovo merjenje

Pri Brinellovi metodi morajo biti vdolbine nameščene tako, da je dovolj prostora od roba vzorca in med posameznimi vdolbinami. Minimalne vrednosti, ki jih je treba upoštevati v skladu s standardi, najdete na diagramu.
Vzorec mora biti dovolj debel, da vdolbina ne povzroči vidne deformacije na spodnji strani vzorca (podporni površini). To pomeni, da mora biti po standardu vzorec vsaj osemkrat debelejši od globine vdolbine Brinellove kroglice. Globino vdolbine lahko ocenimo iz pričakovane vrednosti trdote, ta pa je odvisna od povprečnega premera vdolbine. Najmanjšo debelino vzorca je torej mogoče izpeljati kot funkcijo povprečnega premera vdolbine in premera krogle Brinellovega vtiskovala. Podrobno tabelo, iz katere je mogoče razbrati ustrezno najmanjšo debelino vzorca za Brinell, najdete tukaj:

Povprečni premer vtiskovala (mm)	Najmanjša debelina vzorca (mm)
	Premer kroglice (mm)
	1,0	2,5	5,0	10
0,2	0,12
0,3	0,18
0,4	0,33
0,5	0,54
0,6	0,80	0,29
0,7		0,40
0,8		0,53
0,9		0,67
1,0		0,83
1,1		1,02
1,2		1,23	0,58
1,3		1,46	0,69
1,4		1,72	0,80
1,5		2,00	0,92
1,6			1,05
1,7			1,19
1,8			1,34
1,9			1,50
2,0			1,67
2,2			2,04
2,4			2,45	1,17
2,6			2,92	1,38
2,8			3,43	1,60
3,0			4,00	1,84
3,2				2,10
3,4				2,38
3,6				2,68
3,8				3,00
4,0				3,34
4,2				3,70
4,4				4,08
4,6				4,48
4,8				4,91
5,0				5,36
5,2				5,83
5,4				6,33
5,6				6,86
5,8				7,42
6,0				8,00