Tvrdoća po Brinellu

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Prikaz ispitivanja tvrdoće po Brinellu.

Tvrdoća po Brinellu (oznaka: HB) je otpor što ga materijal pruža prodiranju zakaljene čelične kuglice promjera D (mm), tlačene silom F (N). U ispitivanom materijalu nastaje otisak u obliku kuglične kalote promjera baze d i dubine h. Ispitivanje tvrdoće po Brinellu spada u grupu ispitivanja materijala bez razaranja (oštećenja površine su neznatna) i to je postupak utiskivanjem (penetracija). Ovaj postupak ispitivanja tvrdoće materijala predložio je švedski inženjer Johan August Brinell 1900., i to je bio prvi široko prihvaćeni i standardizirani postupak ispitivanja tvrdoće materijala u znanosti o materijalima. [1]

Kod ispitivanja tvrdoće po Brinellu utiskivač je zakaljena čelična kuglica promjera 10; 5; 2,5; 2 i 1 mm, a sila se bira prema predviđenoj tvrdoći materijala. Sila se određuje iz formula: 294,2 D2 za tvrdi, 98,07 D2 za srednje tvrdi i 49,03 D2 za meki materijal. Mjerenje je valjano ako promjer utisnute kalote d iznosi od 0,25 do 0,5 promjera kuglice. Trajanje povećanja sile do konačne vrijednosti iznosi 15 sekundi, a njeno djelovanje traje 15, 30 ili 60 sekundi, da se omogući uspostava ravnoteže između utiskivača i plastično deformiranog uzorka. Što je materijal mekši to ispitivanje traje dulje.

Promjer kuglice (utiskivač) ovisi i o debljini uzorka koji se ispituje, pa tako za debljinu uzorka veću od 6 mm, koristi se kuglica promjera 10 mm; za debljinu uzorka od 3 do 6 mm, koristi se kuglica promjera 5 mm; za debljinu uzorka manju od 3 mm, koristi se kuglica promjera 2,5 mm. Osim toga mora vrijediti da debljina uzorka treba biti barem 8 puta veća od dubine utisnute kuglične kalote h. Ta su ograničenja potrebna da se na materijalima različitih tvrdoća i na uzorcima različitih debljina dobiju usporedivi rezultati, jer se može dogoditi da je udubljenje kuglice jedva vidljivo ili da kuglica sasvim probije uzorak. Tada su rezultati nepouzdani. Ako je promjer otiska d manji od 0,25 D znači da je primijenjena premala sila, odnosno ako je d > 0,5 D znači da je sila bila prevelika.

Tvrdoća po Brinellu (oznaka: HB) iskazuje se kao naprezanje na površini udubljenja:

HB = F / A = F / (π D h)

gdje je: h – dubina udubljenja kuglične kalote (mm), D – promjer zakaljene čelične kuglice (mm), F – tlačna sila utiskivanja (N). Dubinu udubljenja h teško je mjeriti. Jednostavnije i znatno se točnije mjeri promjer kalote udubljenja d, pa se tvrdoća po Brinellu dobija iz izraza:

\mbox{HB}=0,102  \frac{2F}{\pi D ({D-\sqrt{(D^2-d^2)})}}

Primjena tvrdoće po Brinellu[uredi VE | uredi]

Tvrdoća po Brinellu se primjenjuje za sve metalne konstrukcijske materijale, čija tvrdoća ne prelazi 450 HB, ako se ispituje sa zakaljenom čeličnom kuglicom ili HBS (engl. Hardness Brinell Steel indenters), odnosno do 650 HB, ako se koristi kuglica od tvrdog materijala (volframov karbid) ili HBW (engl. Hardness Brinell Wolfram carbide). To znači da je Brinellovim postupkom moguće mjeriti tvrdoću elastoplastičnih materijala do 4500 N/mm2, jer je tvrdoća zakaljene čelične kuglice od 6500 do 7000 N/mm2. [2]

Prednosti i nedostaci[uredi VE | uredi]

Prednosti ispitivanja tvrdoće po Brinellu su:

  • lako mjerenje veličine otiska, dovoljno je pomično mjerilo,
  • jednostavna priprema površine, dovoljno je i grubo brušenje,
  • metoda je selektivna; mjerno područje od 0 - 450 HB za čeličnu kuglicu. [3]

Nedostaci ispitivanja tvrdoće po Brinellu su:

  • ne mogu se mjeriti materijali visoke tvrdoće,
  • tvrdoća je ovisna o opterećenju, pa prema "stupnju opterećenja" treba izabrati odgovarajuću silu,
  • otisak je relativno velik, pa funkcionalno ili estetski nagrđuje površinu (ako se tvrdoća mjeri na proizvodu, a ne na uzorku).

Odnos između tvrdoće po Brinellu i vlačne čvrstoće[uredi VE | uredi]

Poznato je da je omjer između vlačne čvrstoće čelika i tvrdoće po Brinellu skoro stalan, tako da se s priličnom sigurnošću može procijeniti vlačna čvrstoća čelika ako je poznata njegova tvrdoća:

  • za ugljične čelike: σM (N/mm2) ≈ 3,6 HB
  • za Cr čelike: σM (N/mm2) ≈ 3,5 HB
  • za Cr-Ni čelike: σM (N/mm2) ≈ 3,4 HB

Slični omjeri poznati su i za druge metale.

Uobičajene vrijednosti[uredi VE | uredi]

Uobičajene vrijednosti za neke materijale mogu se naći u tablici:

Tvrdoća po Brinellu
Materijal Tvrdoća
Meko drvo (npr. bor) 1,6 HBS 10/100
Tvrdo drvo 2,6–7,0 HBS 1,6 10/100
Olovo 5 HB (čisto olovo; legirano olovo ima tvrdoću od 5 HB do 22 HB)
Aluminij 15 HB
Bakar 35 HB
Meki čelik 120 HB
18-8 (304) nehrđajući čelik (žaren) 200 HB[4]
Staklo 1550 HB
Otvrdnuti alatni čelik 1500–1900 HB
Renij diborid 4600 HB
Bilješka: standardni uvjeti ispitivanja (ako nije istaknuto drukčije).

Usporedba raznih postupaka ispitivanja tvrdoće[uredi VE | uredi]

Postoje razni postupci za ispitivanja tvrdoće, a ponekad i nije moguće sasvim točno usporediti rane postupke, tako da slijedeća tablica daje približne vrijednosti, da bi se vrijednosti mogle usporediti:

Tvrdoća po Brinellu
(10 mm kuglica, 3000 kg sila)
Tvrdoća po Vickersu HV
(120 kg)
Tvrdoća po Rockwellu HRC
(120º stožac, 150 kg)
Tvrdoća po Rockwellu HRB
(1,5875 mm kuglica, 100 kg)
Leeb HLD[5]
800 - 72 - 857
780 1220 71 - 850
760 1170 70 - 843
745 1114 68 - 837
725 1060 67 - 829
712 1021 66 - 824
682 940 65 - 812
668 905 64 - 806
652 867 63 - 799
626 803 62 - 787
614 775 61 - 782
601 746 60 - 776
590 727 59 - 770
576 694 57 - 763
552 649 56 - 751
545 639 55 - 748
529 606 54 - 739
514 587 53 120 731
502 565 52 119 724
495 551 51 119 719
477 534 49 118 709
461 502 48 117 699
451 489 47 117 693
444 474 46 116 688
427 460 45 115 677
415 435 44 115 669
401 423 43 114 660
388 401 42 114 650
375 390 41 113 640
370 385 40 112 635
362 380 39 111 630
351 361 38 111 621
346 352 37 110 617
341 344 37 110 613
331 335 36 109 605
323 320 35 109 599
311 312 34 108 588
301 305 33 107 579
293 291 32 106 572
285 285 31 105 565
276 278 30 105 557
269 272 29 104 550
261 261 28 103 542
258 258 27 102 539
249 250 25 101 530
245 246 24 100 526
240 240 23 99 521
237 235 23 99 518
229 226 22 98 510
224 221 21 97 505
217 217 20 96 497
211 213 19 95 491
206 209 18 94 485
203 201 17 94 482
200 199 16 93 478
196 197 15 92 474
191 190 14 92 468
187 186 13 91 463
185 184 12 91 461
183 183 11 90 459
180 177 10 89 455
175 174 9 88 449
170 191 7 87 443
167 168 6 87 439
165 165 5 86 437
163 162 4 85 434
160 159 3 84 430
156 154 2 83 425
154 152 1 82 423
152 150 - 82 420
150 149 - 81 417
147 147 - 80 413
145 146 - 79 411
143 144 - 79 408
141 142 - 78 405
140 141 - 77 404
135 135 - 75 397
130 130 - 72 390
114 120 - 67 365
105 110 - 62 350
95 100 - 56 331
90 95 - 52 321
81 85 - 41 300
76 80 - 37 287

Poveznice[uredi VE | uredi]

Izvori[uredi VE | uredi]

  1. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  2. "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
  3. [1] "Postupci mjerenja tvrdoće", www.vorax.hr/dokumenti/hr, 2011.
  4. "304: the place to start" [2] 2009.
  5. H.Pollok, „Umwertung der Skalen“ (“Conversion of Scales”), Qualität und Zuverlässigkeit, Ausgabe 4/2008.