Tvrdoća prema Brinellu

Tvrdoća po Brinellu (oznaka: HB) je otpor što ga materijal pruža prodiranju zakaljene čelične kuglice prečnika 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 (penetracijom). 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 nauci o materijalima.Strojarski priručnik, Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
 Norme 

Kod ispitivanja tvrdoće po Brinellu utiskivač je zakaljena čelična kuglica prečnik 10, 5, 2.5, 2 ili 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 mehki materijal.

Mjerenje je valjano ako prečnik 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 duže.

Prečnik kuglice (utiskivač) zavisi i od debljine uzorka koji se ispituje, pa tako se za :
 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 prečnik 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:

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 tačnije se mjeri promjer kalote udubljenja d, pa se tvrdoća po Brinellu dobija iz izraza:

gdje se prečnik d računa iz aritmetičke sredine dvaju prečnika d1 i d2 računa

 Primjena tvrdoće po Brinellu 
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.Tehnička enciklopedija, glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.

 Prednosti i nedostaci 
Prednosti ispitivanja tvrdoće po Brinellu su:
 lahko 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.  "Postupci mjerenja tvrdoće", www.vorax.hr/dokumenti/hr, 2011.
Nedostaci ispitivanja tvrdoće po Brinellu su:
 ne mogu se mjeriti materijali visoke tvrdoće,
 tvrdoća zavisi od opterećenja, pa prema "stepenu 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 
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 
Uobičajene vrijednosti za neke materijale mogu se naći u tabeli:

+ Tvrdoća po BrinelluMaterijal  TvrdoćaMeko drvo (npr. bor)  1,6 HBS 10/100Tvrdo drvo  2,6–7,0 HBS 1,6 10/100Olovo  5 HB (čisto olovo; legirano olovo ima tvrdoću od 5 HB do 22 HB)Aluminij  15 HBBakar  35 HBMeki čelik  120 HB18-8 (304) nehrđajući čelik (žaren) 200 HB"304: the place to start"  2009.Staklo  1550 HBOtvrdnuti alatni čelik  1500–1900 HBRenij diborid  4600 HB Bilješka: standardni uvjeti ispitivanja (ako nije istaknuto drugačije). 

 Usporedba raznih postupaka ispitivanja tvrdoće 
Postoje razni postupci za ispitivanja tvrdoće, a ponekad i nije moguće sasvim tačno usporediti rane postupke, tako da sljedeća tabela 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 HLDH.Pollok, „Umwertung der Skalen“ (“Conversion of Scales”), Qualität und Zuverlässigkeit, Ausgabe 4/2008.800-72-857780122071-850760117070-843745111468-837725106067-829712102166-82468294065-81266890564-80665286763-79962680362-78761477561-78260174660-77659072759-77057669457-76355264956-75154563955-74852960654-7395145875312073150256552119724495551511197194775344911870946150248117699451489471176934444744611668842746045115677415435441156694014234311466038840142114650375390411136403703854011263536238039111630351361381116213463523711061734134437110613331335361096053233203510959931131234108588301305331075792932913210657228528531105565276278301055572692722910455026126128103542258258271025392492502510153024524624100526240240239952123723523995182292262298510224221219750521721720964972112131995491206209189448520320117944822001991693478196197159247419119014924681871861391463185184129146118318311904591801771089455175174988449170191787443167168687439165165586437163162485434160159384430156154283425154152182423152150-82420150149-81417147147-80413145146-79411143144-79408141142-78405140141-77404135135-75397130130-72390114120-67365105110-6235095100-563319095-523218185-413007680-37287

 Reference 

Kategorija:Materijali
Kategorija:Metalurgija
Kategorija:Skale