Tvrdoća prema Brinellu

[mini|desno|300px|Prikaz ispitivanja [tvrdoća po Brinellu|tvrdoće po 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.
## Norme 
Kod ispitivanja tvrdoće po Brinellu utiskivač je zakaljena čelična kuglica prečnik 10, 5, 2.5, 2 ili 1&nbsp;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&nbsp;mm; 
* za debljinu uzorka od 3 do 6&nbsp;mm, koristi se kuglica promjera 5&nbsp;mm; 
* za debljinu uzorka manju od 3&nbsp;mm, koristi se kuglica promjera 2,5&nbsp;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:
:HB =\frac {F}{A} = \frac {F}{\pi Dh}
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:

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

gdje se prečnik *d* računa iz aritmetičke sredine dvaju prečnika *d*1 i *d*2 računa

:d = \frac {d_1 + d_2}{2}

## 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.

## 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.
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:

### 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:

## Reference 
Kategorija:Materijali
Kategorija:Metalurgija
Kategorija:Skale