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. 

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:

{\displaystyle {\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/mm2, 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:

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 |
| 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

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 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 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
---------

* Tvrdoća kemijskih elemenata

Izvori
------

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