Метод Бринелля

2025-09-07T10:52:58Z

95.24.114.239: Исправлены точки на запятые в разделителях десятичных дробей

'''Ме́тод Брине́лля''' — один из основных методов определения [[твёрдость|твёрдости]] материала.

== История ==
Метод предложен [[Швеция|шведским]] [[инженер]]ом [[Бринелль, Юхан Август|Юханом Августом Бринеллем]] ([[1849|1849-]][[1925|1925 гг.]]) в [[1900 год]]у и стал первым широко используемым и стандартизированным методом определения твёрдости в [[материаловедение|материаловедении]].

== Методика проведения испытаний и расчёт твёрдости ==
[[Файл:BrinellHardness.svg|thumb|200px|Принципиальная схема]]
[[Файл:Brinell dent.jpg|thumb|200px|Отпечаток [[индентор]]а на эталонном образце.<br> Твёрдость 96,5 ''HBW'' 10/1000/10 (см. [[#Расшифровка обозначения HBW|расшифровку обозначения]])]]

Метод Бринелля относится к [[Метод вдавливания|методам вдавливания]].

Испытание проводится следующим образом:
* вначале образец подводят к [[индентор]]у;
* затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2‑8 [[Секунда|секунд]];
* после достижения максимальной величины нагрузка на индентор выдерживается в определённом промежутке времени (для [[Сталь|сталей]] обычно 10‑15 [[секунда|секунд]]);
* затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют [[диаметр]] получившегося отпечатка.

В качестве [[индентор]]ов используются шарики из [[Твёрдые сплавы|твёрдого сплава]] диаметра '''1'''; '''2'''; '''2,5'''; '''5''' и '''10''' [[милли-|м]][[Метр|м]]. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала.

Исследуемые материалы делят на ''5 основных групп'':
: 1 — [[сталь]], [[Никель|никелевые]] и [[Титан (элемент)|титановые]] [[сплав]]ы;
: 2 — [[чугун]];
: 3 — [[медь]] и [[сплавы меди]];
: 4 — [[лёгкие металлы]] и их сплавы;
: 5 — [[свинец]], [[олово]].

Кроме того, выше приведённые группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твёрдости образцов.

При выборе условий испытаний следят за тем, чтобы толщина образца, как минимум, в 8 раз превышала глубину вдавливания [[индентор]]а. И ещё важно контролировать диаметр отпечатка, который должен находиться в пределах от 0,24·''D'' до 0,6·''D'', где ''D'' — диаметр индентора (шарика).

Твёрдость по Бринеллю обозначается "HB" (Hardness Brinell) при применении стального шарика в качестве индентора или «''HBW''» при применении в качестве индентора шарика из твёрдого сплава и может рассчитываться двумя методами:
* метод восстановленного отпечатка;
* метод невосстановленного отпечатка.

По '''методу восстановленного отпечатка''' твёрдость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка:

: <math>\mbox{HBW}=\frac{0,102F}{\frac{\pi D}{2}\left(D-\sqrt{D^2-d^2}\right)}</math>,

где:
* <math>F</math> — приложенная нагрузка, [[Ньютон (единица измерения)|Н]];
* <math>D</math> — [[диаметр]] шарика, [[милли-|м]][[Метр|м]];
* <math>d</math> — диаметр отпечатка, [[милли-|м]][[Метр|м]].

По '''методу невосстановленного отпечатка''' твёрдость определяется как отношение приложенной нагрузки к площади внедрённой в материал части [[индентор]]а:

: <math>\mbox{HBW}=\frac{0,102F}{\pi Dh}</math>,

где <math>h</math> — глубина внедрения индентора, [[милли-|м]][[Метр|м]].

Нормативными документами определены:
* диаметры индентора;
* время вдавливания;
* время выдержки под максимальной нагрузкой;
* минимальная толщина образца;
* минимальная и максимальная величины диагоналей отпечатка;
* максимальные нагрузки;
* группа исследуемого материала.

По ''ISO'' 6506-1:2005 (ГОСТ 9012-59) регламентированы следующие основные нагрузки: 9,807 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 24,52 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 49,03 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 61,29 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 98,07 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 153,2 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 245,2 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 294,2 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 306,5 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 612,9 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; 980,7 [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:1226}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:2452}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:4903}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:7355}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:9807}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:14710}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]; {{formatnum:29420}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]].

{{anchor|Расшифровка обозначения HBW}}
Пример обозначения твёрдости по Бринеллю:
: '''600 HBW 10/3000/20''',
где:
* '''600''' — значение твёрдости по Бринеллю, [[Килограмм-сила|кгс]]/[[милли-|м]][[Метр|м]]²;
* '''''HBW''''' — символьное обозначение твёрдости по Бринеллю;
* '''10''' — диаметр шарика в [[милли-|м]][[Метр|м]];
* '''3000''' — приблизительное значение эквивалентной нагрузки в [[Килограмм-сила|кгс]] ({{formatnum:3000}} [[Килограмм-сила|кгс]] = {{formatnum:29420}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]);
* '''20''' — [[время]] действия нагрузки, [[Секунда|с]].

Для определения твёрдости по методу Бринелля используют различные твердомеры (например, [[Твердомеры металлов|твердомеры для металлов]]) как стационарные, так и переносные.

== Типичные значения твёрдости для различных материалов ==
{| align="center" class="standard"
! |Материал
! |Твёрдость
|-----
| Мягкое [[дерево]], например, [[сосна]]
| 1,6 ''HBS'' 10/100
|-----
| Твёрдое дерево
| от 2,6 до 7,0 HBS 10/100
|-----
| [[Полиэтилен низкого давления]]
| 4,5-5,8 HB<ref name="plast">Справочник по пластическим массам под редакцией М. И. Гарбара, М. С. Акутина, Н. М. Егорова (М., «Химия», 1967)</ref>
|-----
| [[Полистирол]]
| 15 HB<ref name="plast" />
|-----
| [[Алюминий]]
| 15 HB
|-----
| [[Медь]]
| 35 HB
|-----
| [[Дюраль]]
| 70 HB
|-----
| Мягкая [[сталь]]
| 120 HB
|-----
| [[Нержавеющая сталь]]
| 250 HB
|-----
| [[Стекло]]
| 500 HB
|-----
| [[Инструментальная сталь]]
| 650-700 HB
|}

== Преимущества и недостатки ==
'''Недостатки'''
* Метод рекомендуется применять для материалов с твёрдостью до 450 ''HB''.
* Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки (обратный размерный эффект — {{lang-en|reverse indentation size effect}}).
* При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.
* Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов.

'''Преимущества'''
* Зная твёрдость по Бринеллю, можно приблизительно найти [[предел прочности]] и [[Предел текучести|текучести]] материала по указанным ниже формулам, что важно для прикладных инженерных задач.

Для [[Сталь|стали]]

: <math>\sigma_\Beta=\frac {HB}{3}[\frac{kgf}{mm^2}]=\frac {10HB}{3}[MPa]</math>,

где <math>\sigma_\Beta</math> — [[предел прочности]], [[мега-|М]][[Паскаль (единица измерения)|Па]].

: <math>\sigma_T=\frac {HB}{6}[\frac{kgf}{mm^2}]=\frac {10HB}{6}[MPa]</math>,

где <math>\sigma_T</math> — [[предел текучести]], [[мега-|М]][[Паскаль (единица измерения)|Па]].

Для [[Алюминиевые сплавы|алюминиевых сплавов]]

: <math>\sigma_\Beta=0,362{HB}[\frac{kgf}{mm^2}]=3,62{HB}[MPa]</math>

Для [[Сплавы меди|медных сплавов]]

: <math>\sigma_\Beta=0,26{HB}[\frac{kgf}{mm^2}]=2,6{HB}[MPa]</math>

* Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.

* Данный метод является более точным по сравнению с [[Метод Роквелла|методом Роквелла]] на более низких значениях твёрдости (ниже 30 ''HRC'').

* Также метод Бринелля менее критичен к чистоте поверхности, подготовленной под замер твёрдости.

== Перевод результатов измерения твёрдости различными методами ==
Результаты измерения твёрдости по методу Бринелля могут быть переведены с помощью таблиц в единицы твёрдости по другим методам, например [[метод Виккерса]] и [[метод Роквелла]]. В свою очередь, измерения твёрдости двумя последними методами могут быть переведены в единицы твёрдости по методу Бринелля. Перевод чисел твёрдости следует использовать лишь в тех случаях, когда невозможно испытать материал при заданных условиях. Полученные переводные числа твёрдости как табличные, так и рассчитанные по уравнениям согласно [[ASTM]] ''E''140-07 являются лишь приближёнными и могут быть неточными для конкретных случаев. С физической точки зрения, такое сравнение чисел твёрдости, полученных разными методами и имеющих разную размерность, лишено всякого физического смысла.

== Нормативные документы ==
* ГОСТ 9012-59 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81) «Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю»
*''ISO'' 6506-1:2014 «''Metallic materials — Brinell hardness test — Part'' 1: ''Test method''»
*''ASTM E''-10 «''Standard Test Method for Brinell Hardness of Metallic Materials''»
*''ASTM E''140-07 «''Standard Hardness Conversion Tables for Metals Relationship Among Brinell Hardness'', ''Vickers Hardness'', ''Rockwell Hardness'', ''Superficial Hardness'', ''Knoop Hardness'', ''and Scleroscope Hardness''»

== См. также ==
* [[Твёрдость]]
* [[Тест твёрдости Янка]]
* [[Метод Виккерса|Твёрдость по Виккерсу]]
* [[Метод Шора|Твёрдость по Шору]]
* [[Метод Роквелла|Твёрдость по Роквеллу]]
* [[Шкала Мооса]]

== Примечания ==
{{примечания}}

{{rq|
{{нет источников|дата=2009-11-07}}
{{переработать|дата=2009-11-07}}
}}

[[Категория:Материаловедение]]
[[Категория:Методы экспериментальной физики]]
[[Категория:Твёрдость]]

wiki12 - Вклад [ru]

Метод Бринелля