Tester twardości Brinell: zasada, struktura i zastosowania

Tester twardości Brinell jest jednym z najstarszych i najbardziej rozpoznawanych instrumentów do pomiaru twardości wgłębienia materiałów metalowych. Wynalażony przez szwedzkiego inżyniera Johana August Brinella w 1900 roku, ten sprzęt testowy stał się podstawowym narzędziem w dziedzinie nauki o materiałach, produkcji mechanicznej i kontroli jakości, a jego metoda testowa została znormalizowana zgodnie z normą ISO 6506 i ASTM E10 na całym świecie.

Zasada działaniaTester twardości Brinelloparty jest na statycznym wciągnięciu. Kuliczny wkładnik, zazwyczaj kula węglika wolframu (HBW) lub kula ze stali hartowanej, jest naciskany pionowo na polerowaną powierzchnię próbki testowej pod ustalonym stabilnym obciążeniem. Obciążenie jest utrzymywane przez pewien czas pobytu, a następnie usunięte. Po rozładunku na powierzchni materiału pozostaje okrągłe wcięcie. Operatorzy mierzą średnicę tego wcięcia za pomocą mikroskopu optycznego. Liczba twardości Brinella (HBW) oblicza się poprzez podział nałożonego obciążenia na zakrzywioną powierzchnię wcięcia. Twardszy materiał wytwarza mniejszą średnicę wkładu i wyższą wartość HBW, podczas gdy miękkie materiały tworzą większe wkłady z niższymi odczytami twardości.

Kompletny tester twardości Brinell zazwyczaj składa się z trzech części rdzeniowych: systemu załadowania, zespołu indentera i jednostki pomiarowej optycznej. Standardowe wkładniki kulowe mają wiele opcjonalnych średnic, takich jak 10 mm, 5 mm i 2,5 mm. Różne obciążenia testowe są wybierane zgodnie z rodzajami materiałów: 3000 kgf jest powszechnie stosowane do stali i żeliwa, podczas gdy 500 kgf nadaje się do miękkich metali, takich jak stopy aluminium i miedzi. Przed testowaniem powierzchnia przedmiotu obrotowego musi być oczyszczona i wypłaszczona, aby wyeliminować olej, rdzę i zadrapania, co może uniknąć błędów w pomiarze wcięcia.

Najważniejsza zaleta testowania twardości Brinella wynika z stosunkowo dużego wcięcia. W przeciwieństwie do testów Rockwell lub Vickers, które skupiają się na drobnych obszarach lokalnych, duże wrażenie obejmuje wiele ziaren i mikrodefektów. Dlatego badanie Brinell może odzwierciedlać średnią twardość materiałów heterogennych i gruboziarnistych. Jest szczególnie odpowiedni do odlewów, kutów, stopów nieżelaznych i stali niskowęglowej, materiałów, w których testy mikrotwardości często nie dają reprezentatywnych wyników. Może również przetestować niektóre twarde materiały niemetalowe, w tym twarde tworzywa sztuczne i bakelit.

Jednak tester twardości Brinell ma oczywiste ograniczenia. Nie może być używany do bardzo twardych materiałów, ponieważ kulowy wkładnik może się odkształcić pod ciężkim obciążeniem. Ponadto test pozostawia widoczny ślad na powierzchni przedmiotu obrabianego, więc nie ma zastosowania do gotowych części, które wymagają nienaruszonych powierzchni. Cała procedura testowa zajmuje również więcej czasu niż test twardości Rockwell, ponieważ wymagane są dodatkowe kroki obserwacji i obliczania wcięcia.

Dzisiaj testery twardości Brinell są szeroko stosowane w odlewniach, fabrykach maszyn, laboratoriach materiałowych i uniwersyteckich centrach badawczych. Od inspekcji przychodzącej surowca po weryfikację jakości produktu dane o twardości Brinell pomagają inżynierom ocenić właściwości materiału, wybrać odpowiednie parametry przetwarzania i zagwarantować bezpieczeństwo komponentów mechanicznych. Nawet po ponad stuleciu od powstania tester twardości Brinell nadal utrzymuje niezastąpiony status w badaniach materiałów przemysłowych.