Испытание на твердость по бринеллю

ГОСТ 9012-59
(ИСО 410-82, ИСО 6506-81)

Метод измерения твердости по Бринеллю

Metals. Method of Brinell hardness measurement

Дата введения 1960-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР

2. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 468-88, ИСО 410-82*, ИСО 6506-81
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначения НТД, на который дана ссылка

5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 4-93 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС N 4-94)

6. ИЗДАНИЕ (июнь 2007 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, 4, 5, утвержденными в июне 1963 г., Пост. N 1716 от 16.05.79; Пост. N 3573 от 12.10.84; в марте 1986 г., октябре 1989 г. (ИУС 6-63, 7-79, 1-85, 6-86, 2-90), с Поправками (ИУС 4-2001, 4-2003)

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения твердости по Бринеллю металлов с твердостью не более 650 единиц.

Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием усилия, приложенного перпендикулярно к поверхности образца, в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия усилия.

Определения и обозначения приведены в приложении 1.

(Измененная редакция, Изм. N 4, 5).

1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

1.1. Толщина образца должна не менее чем в 8 раз превышать глубину отпечатка и определяется по формуле

Минимальную толщину образца определяют в соответствии с приложением 2.

1.2. Поверхность образца должна быть плоской и гладкой.

Шероховатость поверхности образца (или площадки на изделии) должна быть не более 2,5 мкм по ГОСТ 2789, если нет других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

1.3. Образец должен быть подготовлен таким образом, чтобы не изменялись свойства металла в результате механической или другой обработки, например от нагрева или наклепа.

Разд.1. (Измененная редакция, Изм. N 5).

Разд.2. (Исключен, Изм. N 5).

3. АППАРАТУРА

3.1. Прибор для измерения твердости по ГОСТ 23677.

(Измененная редакция, Изм. N 4).

3.2. Шарик стальной диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 850 HV10;

шарик из твердого сплава диаметром 10,0; 5,0; 2,5; 2,0; 1,0 мм должен иметь твердость не менее 1500 HV10.

Предельные отклонения диаметра шарика от номинального приведены в табл.1а.

Номинальный диаметр шарика, мм

Требования к разноразмерности по диаметру, непостоянству единичного диаметра, отклонению от сферичности и шероховатости поверхности должны соответствовать шарикам степени точности 20 по ГОСТ 3722.

(Измененная редакция, Изм. N 5).

3.3. (Исключен, Изм. N 5).

4. ИЗМЕРЕНИЕ ТВЕРДОСТИ

4.1. Измерение твердости проводят при температуре °С.

При разногласиях в оценке качества металлопродукции измерение твердости проводят при температуре (23±5)°С.

(Поправка, ИУС 4-2003).

4.2. При измерении твердости прибор должен быть защищен от ударов и вибрации.

4.3. Опорные поверхности столика и подставки, а также опорные и рабочие поверхности образца должны быть очищены от посторонних веществ (окалины, смазки и др.).

4.4. Образец должен быть установлен на столике или подставке устойчиво во избежание его смещения и прогиба во время измерения твердости.

4.5. При твердости металлов менее 450 единиц для измерения твердости применяют стальные шарики или шарики из твердого сплава;

при твердости металлов более 450 единиц – шарики из твердого сплава.

4.6. Значение выбирают в зависимости от металла и его твердости в соответствии с табл.2.

Твердость по Бринеллю

Сталь, чугун, высокопрочные сплавы (на основе никеля, кобальта и др.)

Титан и сплавы на его основе

Медь и сплавы на ее основе, легкие металлы и их сплавы

Свинец, олово и другие мягкие металлы

Усилие в зависимости от значения и диаметра шарика устанавливают в соответствии с табл.3.

Диаметр шарика , мм

Усилие , Н (кгс), для

4.7. Диаметр шарика и соответствующее усилие выбирают таким образом, чтобы диаметр отпечатка находился в пределах от 0,24 до 0,6 .

4.8. При измерении твердости наконечник плавно приводят в соприкосновение с поверхностью образца и плавно прикладывают заданное усилие до тех пор, пока оно не достигнет необходимой величины.

Продолжительность выдержки наконечника под действием заданного усилия должна соответствовать табл.4, если не имеется других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

Твердость по Бринеллю НВ, HBW

Продолжительность выдержки, с

Время от начала приложения усилия до достижения им заданной величины должно составлять 2-8 с.

4.9. Расстояние между центром отпечатка и краем образца должно быть не менее 2,5 диаметров отпечатка ; расстояние между центрами двух смежных отпечатков должно быть не менее четырех диаметров отпечатка; для металлов с твердостью до 35 НВ (HBW) эти расстояния должны быть соответственно 3 и 6 .

Читать еще: Как сделать стол для циркулярки видео

При разногласиях в результатах измерения твердости на образцах с криволинейной поверхностью длина и ширина изготовленной плоской площадки должны быть не менее двух диаметров шарика.

4.10. После измерения твердости на обратной стороне образца не должно наблюдаться пластической деформации от отпечатка.

4.11. Диаметр отпечатка измеряют с помощью микроскопа или других средств измерения с предельной погрешностью:

±0,5% (при применении шариков диаметром 1,0; 2,0 или 2,5 мм);

±0,25% (при применении шариков диаметром 5,0 и 10,0 мм) от диаметра шарика.

4.12. Диаметры отпечатков и измеряются в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За диаметр отпечатка принимается среднеарифметическое значение результатов измерений. При этом разность измерений диаметров одного отпечатка не должна превышать 2% меньшего из них.

Для анизотропных металлов разность измерений диаметров отпечатка должна быть указана в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.13. Количество отпечатков при измерении твердости и способ обработки результатов измерений указывают в нормативно-технической документации на металлопродукцию.

4.14. Твердость по Бринеллю определяют по формулам приложения 1 или таблицам приложения 3.

Разд.4. (Измененная редакция, Изм. N 5).

5. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

В протоколе измерения твердости должно быть указано:

число твердости для каждого отпечатка;

число твердости, полученное в результате обработки результатов измерений.

Полезная информация

Твердость — свойство материала оказывать сопротивление упругой и пластической деформации или разрушению при внедрении в поверхностный слой материала другого, более твердого и не получающего остаточной деформации тела – индентора.

Твердость по Бринеллю (HB), метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Твердость по Роквеллу (HR), метод основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как HRA или HRC (в зависимости от нагрузки).

Твердость по Виккерсу (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Твердость по Шору (HSD), метод основан на определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Твердость по Бринеллю обозначают символом НВ или HBW.

НВ – при применении стального шарика (для металлов и сплавов твердостью менее 450 единиц);
HBW – при применении шарика из твердого сплава (для металлов и сплавов твердостью более 450 единиц).

Символу НВ (HBW) предшествует числовое значение твердости из трех значащих цифр, а после символа указывают диаметр шарика, значение приложенной силы (в кгс). продолжительность выдержки, если она отличается от 10 до 15 с.

250 НВ 5/750 – твердость по Бринеллю 250, определенная при применении стального шарика диаметром 5 мм при силе 750 кгс (7355 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с.
575 HBW 2,5/187,5/30 – твердость по Бринеллю 575, определенная при применении шарика из твердого сплава диаметром 2,5 мм при силе 187,5 кгс (1839 Н) и продолжительности выдержки 30 с.

При определении твердости стальным шариком или шариком из твердого сплава диаметром 10 мм при силе 3000 кгс (29420 Н) и продолжительности выдержки от 10 до 15 с твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW. Пример обозначения: 190 НВ, 550 HBW.

Таблица сравнения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору.

d10 – Диаметр отпечатка по Бринеллю при диаметре шарика 10 мм и испытательной нагрузке 2943 Н

Испытание на твердость по Бринеллю

Испытание на твердость по Бринеллю производится путем вдавливания в испытуемый образец стального шарика определен-ного диаметра под воздействием заданной нагрузки в течение определенного времени (рис. 2.8, а).

Рис. 2.8. Испытание на твердость по Бринеллю (а) и Роквеллу (б):
1 – шариком; 2 – алмазным конусом

В результате вдавливания шарика на поверхности образца получается отпечаток (лунка). Отношение нагрузки Р (Н) к поверхности полученного отпечатка шарика (шарового сегмента) F (мм 2 ) дает число твердости, обозначаемое НВ:

Поверхность F шарового сегмента рассчитывают так:

где D – диаметр вдавливаемого шарика, мм; Н – глубина отпечатка, мм.

Так как глубину отпечатка Н измерить трудно, а проще измерить диаметр отпечатка d, то величину Н (мм) можно выразить через диаметры шарика D и отпечатка d:

Тогда поверхность F шарового сегмента, мм 2 ,

Отсюда число твердости по Бринеллю определится по формуле

В зависимости от толщины образца (табл. 2.17) применяют шарики различного диаметра (D = 10; 5; 2,5 мм).

Читать еще: Сделать стойку для ушм своими руками

Выбор нагрузки и диаметра шарика

Перед испытанием поверхность образца, в которую будет вдавливаться шарик, следует обработать наждачным камнем или напильником, чтобы она была ровной, гладкой и без дефектов.

Прибором для испытания на твердость по Бринеллю является автоматический рычажный пресс (рис. 2.9). Наконечник с шариком вставляют в шпиндель твердомера и закрепляют. На подвеску устанавливают грузы в соответствии с выбранной нагрузкой. Вращением рукоятки прижимают образец, установленный на столике, к шарику до упора и дают полную нагрузку. После остановки двигателя столик опускают, извлекают образец и замеряют диаметр полученного отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях при помощи микроскопа. Расстояние от центра отпечатка до края образца должно быть не менее 2,5d, а между центрами соседних отпечатков – не менее 4d.

По среднему арифметическому значению диаметра отпечатка определяют твердость в соответствии с формулой (2.1).

Для некоторых материалов существует прямолинейная зависимость между твердостью по Бринеллю (НВ) и пределом прочности при растяжении (s_в)_:

сталь отожженная (НВ 1250 – 1750) s_в = 0,343 НВ;

сталь отожженная (НВ более 1750) s_в = 0,362 НВ;

медь, латунь, бронза отожженные s_в = 0,55 НВ.

Результаты заносят в протокол (форма табл. 2.18).

Форма таблицы 2.18

Протокол испытания на твердость по Бринеллю

Твердомеры для металлов. Методы Бринелля и Роквелла

Твердость – способность металла пластически деформироваться под воздействием объекта с более высокой твердостью (индентора). Испытания на твёрдость являются очень распространёнными, поскольку определяют не только меру прочности изделия, но и его сопротивление переменным нагрузкам. Преимущество метода – испытания на твёрдость относятся к числу неразрушающих, а твердомеры для металлов могут быть как стационарными, так и портативными.

Измерения могут проводиться на эталонных образцах (изготовленных из того же материала или сплава и подвергнутых такому же режиму термической обработки) или на готовых деталях. Единственное условие – в случае испытания готовых деталей необходимо принять меры к тому, чтобы объект контроля (ОК) не имел внешних повреждений.

Выбор метода контроля твёрдости зависит от:

исходных механических показателей прочности, упругости и пластичности изделия
размеров ОК (или места соединения смежных элементов конструкции, если устанавливается твёрдость в зоне, например, сварного шва)
конечного результата: установить твёрдость самого изделия, либо твёрдость только его поверхности (выполняется для деталей, прошедших термическую обработку или иной вид поверхностного упрочнения).
Требований к условиям проведения испытания. В полевых условиях используют не стационарные, а портативные твердомеры.
Стабильности результатов измерений и их воспроизводимости при повторных испытаниях.

Твёрдость может быть измерена тремя группами методов – механическими (статическими и динамическими), а также ультразвуковыми. Кроме того, различают твёрдость при комнатных и повышенных температурах (так называемую «горячую твёрдость»). Техническая сущность всех методов одна – в ОК внедряется деформирующий элемент, глубина перемещения которого считывается по специальной шкале.

Твёрдость рассматривается как сопротивление металла необратимым пластическим деформациям, а потому отличается от других измерений наличием специальных унифицированных приборов – твердомеров для металлов.

Твердомеры Бринелля: методика и оборудование

Используются для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей в соответствии с ГОСТ 9012-59.

Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.

Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается во вдавливании в поверхность ОК шарика-индентора (из закалённой стали или из твёрдого сплава). В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что позволяет определить меру твёрдости по Бринеллю (НВ).

Современная конструкция твердомера Бринелля позволяет плавно внедрять индентор в образец, обеспечивает высокую точность приложения нагрузки (погрешность не более 1,0 %), что позволяет получать отпечатки с высокой повторяемостью, необходимой для обеспечения точности измерений твердости.

В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:

1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;
2 — чугун;
3 — медь и сплавы меди;
4 — легкие металлы и их сплавы;
5 — свинец, олово.

При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия:

образцы с твердостью выше HB 450/650 кгс/мм2 испытывать запрещается;
поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D 2-d2) [2]
где Р – приложенная нагрузка, кгс; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.
Размер шарика выбирается в зависимости от толщины испытуемого образца: обычно пользуются шариками стандартных размеров диаметрами в 10 мм, 5 мм 2,5, или 1 мм.
Нагрузка на шарик выбирается в зависимости от рода материала и должна быть пропорциональна квадрату диаметра шарика. Условные стандартные нормы, принятые для различных материалов, следующие:
для стали и чугуна Р = 30D 2 ,
для меди и медных сплавов P= 10D 2 ,
для баббитов и свинцовистых бронз Р = 2,5D 2 .
Более подробные сведения по выбору нагрузки, времени приложения нагрузки для различных материалов приводятся в соответствующей таблице в лаборатории испытания твердости.
Кроме того, нагрузка считается выбранной правильно, если выдерживается соотношение
0,2D 2 ;
HBW — символьное обозначение твердости по Бринеллю;
10 — диаметр шарика в мм;
3000 — приблизительное значение эквивалентной нагрузки в кгс (3000 кгс = 29420 Н);
20 — время действия нагрузки, с.

Твердомеры для металлов, реализующие метод Бринелля, подразделяют на приборы типа ТШ и типа БТБ.

Стационарные твердомеры для металлов типа ТШ, с механическим приводом от электродвигателя, состоят из следующих узлов:

Узла нагружения, который включает в себя оправку с индентором, возвратную пружину и корпус;
Узла привода, состоящего из электродвигателя и системы передач;
Рычажного механизма, который передаёт рабочую нагрузку на шарик;
Рабочего стола;
Панели управления и контроля результатов измерений;
Противовеса с грузами;
С-образной станины.

Принцип измерения следующий: деталь испытуемой поверхностью вверх устанавливают на стол, после чего поднимают его до упора, имеющегося в корпусе индентора. Далее включается электродвигатель, который перемещает корпус индентора. Тот, преодолевая сопротивление пружин, приводит в движение шарик, который вдавливается в металл. Конечный результат считывается по шкале. Отношение плеч рычажного механизма, а также суммарный вес грузов на противовесе устанавливается в зависимости от предполагаемого результата измерений (см. таблицу выше).

Твердомеры для металлов типа БТБ имеют некоторые эксплуатационные преимущества перед приборами ТШ: они обладают увеличенными размерами рабочего пространства стола, смена режимов нагружения производится механически, а для отсчёта результата используется более точная оптическая система. Работы на твердомерах БТБ производят в той же последовательности, что и на приборах ТШ, но образец после испытания сканируется измерительной головкой, с отображением результата на экране.

Данный способ подходит также для определения твёрдости изделий, которые эксплуатируются при повышенных температурах. Для этого на стол устанавливается ванна с нагревающей образец жидкостью, причём для температур до 300 0 С используют масло, а для более высоких температур – солевой расплав. Образец помещают в ванну на асбестовую плиту, после чего измеряют твёрдость обычным методом.

Доступными и простыми в эксплуатации являются портативные (переносные) твердомеры для металлов. Испытательная головка прибора устанавливается на деталь в месте измерения и крепится струбциной или специальными захватами. Нагрузка создаётся вручную, и контролируется по шкале индикатора. Для измерения результата применяют переносной микроскоп. Замеренный отпечаток сравнивается со значениями, которые приводятся в таблицах пересчёта.

Твердомеры для металлов, работающие по методу Бринелля, имеют ряд ограничений:

Не учитывается упругая деформация детали под нагрузкой.
Динамика проведения испытания (время и скорость вдавливания индентора) очень сильно зависит от исходной твёрдости металла.
Поверхность в месте испытания должна быть строго перпендикулярной оси движения индентора.
При повторных измерениях твёрдости расстояние между смежными отпечатками должны быть не менее 0,2…0,6 от диаметра шарика.

Если вы хотите приобрести твердомер Бринелля, рекомендуем модель ТБ 5005А или модель LC-200R

Твердомеры Роквелла: методика и оборудование

Метод определения твёрдости металлов по Роквеллу состоит во вдавливании алмазного конуса или стального закалённого шарика в предварительно зашлифованную поверхность образца. В отличие от предыдущего способа твёрдость по Роквеллу заключается в определении глубины вдавливания. Метод Роквелла считается более оперативным, а в таких твердомерах автоматизируется как процесс испытания, так и последующая обработка его результатов.

Суть метода Роквелла заключается в том, что предварительно выбирается некоторая реперная точка, и полученная для этой координаты глубина внедрения индентора вычитается из произвольно выбранной наибольшей глубины вдавливания.

Существует 11 шкал определения твердости по методу Роквелла (A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T), основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа инденторов: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закаленной стали либо конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.

Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая шкалу, по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

голоса

Рейтинг статьи