Brinell-kovuus

Brinell-kovuus on kokeellinen mitta-asteikko, jolla voidaan vertailla eri materiaalien, varsinkin metallien ja metalliseosten kovuutta. Mittausmenetelmän, johon asteikko perustuu, keksi ruotsalainen insinööri Johan August Brinell vuonna 1900. Alun perin Brinell-kovuus määriteltiin puristamalla teräskuulaa tutkittavaa materiaalia vastaan. Kovuus määriteltiin puristavan voiman suhteena sen jättämän kuopan pinta-alaan.

Brinellin kovuustestiä käytetään yleisesti materiaalitieteessä ja metallurgiassa.

Mittausmenetelmä 

Tavallisimmin Brinellin kovuustestissä käytetään läpimitaltaan 10 millimetrin suuruista teräskuulaa, jolla painetaan tutkittavaan aineeseen kuoppa 3000 kilopondin (noin 29 000 newtonin) voimalla. Pehmeisiin materiaaleihin käytetään pienempää voimaa, kovimpiin materiaaleihin taas teräskuulan sijasta volframikarbidista valmistettua kuulaa. Tutkittavan materiaalin pintaan syntyvä kuoppa mitataan, ja materiaalin kovuus lasketaan seuraavasti:

missä:
P = puristava voima (yksikkönä tavallisesti kilopondi)
D = puristavan kappaleen läpimitta (yksikkönä millimetri)
d = syntyvän kuopan läpimitta (yksikkönä millimetri)

Käytettessä SI-yksiköitä, jolloin voiman yksikkönä on newton, saadaan materiaalin kovuuden yksiköksi pascal. Suuruusluokkansa vuoksi se on luonnollisempaa ilmaista megapascaleina, jota yksikkönä käytettäessä Brinellin kovuudelle käytetään tunnusta BHN. Tavallisesti Brinellin kovuus ilmaistaan kuitenkin kilopondeina neliömillimetriä kohti, ja tällöin, mikäli voimayksikkönä on käytetty newtonia, on edellä olevasta kaavasta saatu luku kerrottava vakiolla 0,102. Tällä asteikolla mitatulle Brinellin kovuudelle käytetään tunnusta HB.

Esimerkiksi, jos pallon halkaisija on 10 mm, käytetty voima 1 kilopondi (9,81 newtonia) ja syntyvän kuopan läpimitta 9 mm, on materiaalin kovuus

Eri aineiden kovuuksia 

Brinellin kokeessa käytetty kuula on tavallisimmin terästä tai volframikarbidia. Koska kokeen tulos riippuu myös kuulan materiaalista, käytetään Brinellin kovuudelle tunnusta HBW, jos käytetty kuula on volframikarbidia, ja HBS, jos se on terästä. Kovuudet ilmaistaan tavallisesti esimerkiksi muodossa "HBW 10/300", missä 10 merkitsee kuulan läpimittaa millimetreinä ja 3000 voimaa kilopondeina. Vaikka Brinell-kovuusluvut itse asiassa tarkoittavat kilopondeja neliömillimetriä kohti, jätetään yksikkö tavallisimmin pois.

Kovuus voidaan ilmaista myös muodossa  XXX HB YYD2. Tällöin XXX on käytetty voima kilopondeina, ja tunnus YY ilmaisee materiaalin tyypin: 5 alumiiniseoksille, 10 kupariseoksille ja 30 teräksille. Täten tyypillisen teräksen
kovuus voidaan ilmoittaa muodossa

250 HB 30D2.

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 
Kovuuksien muunnostaulukko Rockwell -  (Brinell, Rockwell A,B,C)
Struers hardness conversion table (Vickers, Brinell, Rockwell B,C,D)
Brinell Hardness HB conversion chart  (N/mm2, Brinell, Vickers, Rockwell C)

Materiaalifysiikka
Suureet