Tvrdoća 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.

Kod ispitivanja tvrdoće po Brinellu utiskivač je zakaljena čelična kuglica promjera 10; 5; 2,5; 2 i 1&nbsp;mm, a sila se bira prema predviđenoj tvrdoći materijala. Sila se određuje iz formula: 294,2 *D<sup>2</sup>* za tvrdi, 98,07 *D<sup>2</sup>* za srednje tvrdi i 49,03 *D<sup>2</sup>* 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&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 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
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/mm<sup>2</sup>, jer je tvrdoća zakaljene čelične kuglice od 6500 do 7000 N/mm2.

## Prednosti i nedostaci
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.
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
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 tablici:

### Usporedba raznih postupaka ispitivanja tvrdoće
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:

## Poveznice
* Tvrdoća kemijskih elemenata

## Reference