Độ cứng Brinell sử dụng trong nghành cơ khí và luyện kim

THT cung cấp dịch vụ đo độ cứng HB

Giới thiệu độ cứng Brinell

Độ cứng là tính chất rất quan trọng của vật liệu được định nghĩa là độ bền chống lại biến dạng dẻo. Thông thường độ cứng bao gồm Độ cứng Brinell, Độ cứng Rockwell, Độ cứng Vicker, và độ cứng Knoop. Và giữa các độ cứng có thể quy đổi một cách tương đối cho nhau. Thí nghiệm đo độ cứng Brinell là một phương pháp đo phá hủy. Nguyên tắc của thí nghiệm này là ấn đầu đo trên bề mặt vật liệu với một lực, sau đó nó để lại một vết lõm. Độ cứng Brinell được kí hiệu với HBN. Với một vật liệu mềm hơn, chiều sâu rộng hơn của vết đâm và nhỏ hơn HBN.

Nguyên tắc đo độ cứng Brinell

Thí nghiệm đo độ cứng Brinell dựa trên tiêu chuẩn ASTM E10. Hầu hết thí nghiệm này được thực hiện với vật liệu liên quan có cấu trúc thô và nhám. Thí nghiệm đo được thực hiện bằng cách ấn một viên bi thép tôi cứng có đường kính 10 mm xuống bề mặt vật liệu khoảng 10 đến 30 giây sau đó đo đường kính vết đâm.

Tùy thuộc vào độ cứng vật liệu, mặc dù bi đo làm bằng các bít WC thường được sử dụng. Phân loại của vật liệu được phân loại như sau:

Vật liệu cứng: Đầu đo là bi thép có đường kính 10 mm được sử dụng. Tải đặt là 1500 kg.

Vật liệu mền: Bi thép tôi có đường kính 10 mm được sử dụng làm đầu đo. Tải sử dụng là 500 kg để tránh vết đâm quá sâu.

Vật liệu cực kì cứng: Sử dụng bi cứng WC với đường kính 10 mm và tải đặt 3000 kg.

Thời gian cho thí nghiệm đo độ cứng Brinell

Tương tự các kiểu vết đâm, thời gian đâm đồng thời quan trọng. Với phân bố tải không đồng nhất và

Similar to indent types, time for indentation is also important. Để tải trọng phân bố đều trên mẫu và mẫu biến dạng hoàn toàn, thời gian nên sử dụng để giữ khoảng 10 đến 30 giây. Phân loại dựa trên thời gian như sau:

• Với vật liệu cứng và cực kì cứng, thời gian giữ đầu đâm nên không nhiều hơn 10 giây
• Với vật liệu mền như đồng, thời gian đâm cơ bản là 30 giây,
• Với vật liệu vô cùng mền như Al, thời gian giữ tải tăng nên 35 giây.

Đo đường kính vết đâm

Xác định đường kính lớn và đường kính nhỏ bằng kính hiển vi nhỏ chuyên dụng.

Quy trình đo độ cứng Birell

1. Vật liệu thép hoặc đồng phù hợp được lựa chọn
2. Những mẫu trên được mài để loại bỏ những vật lạ trên bề mặt đo
3. Mẫu được đặt trên đe của máy thử
4. Viên bi được đưa xuống đúng cách.
5. Phôi được nâng nên bằng một tay quay cho tới khi chạm vào bi đo
6. Áp suất của van đóng.
7. Sau đó tải thủy lực được đặt lên
8. Tải này được giữ trong khoảng thời gian cài đặt
9. Sau đó áp suất van mở và tải được ngừng
10. Mẫu được lấy ra
11. Xác định đường kính vết đâm d
12. Độ cứng Brinell Hardness Number (BHN) được tính theo công thức:

Với P là tải đặt;

D = Đường kính viên bi

d = đường kính vết đâm

Ví dụ ám dụng

• Đường kính viên bi = D = 10mm

Xác định đường kính vết đâm bằng kính đo

• Số lượng giữa hai thang chia lớn= 20
• Giữa hai thang chia nhỏ = 0.05mm

Cho thép

Tải = P = 3000kg,  Thời gian = 10 giây

Đường kính vết đâm = d = 3.75mm

d =(d1+d2)/2

Với đồng

Tải= P = 1000kg , Thời gian = 10 giây

Kích thước vết đâm = d = 3.2mm

HB = 121.13               (121.13HB 10/1000/30)

Độ cứng Brinell và tính chất cơ tính

Độ cứng có liên quan tới độ bền của vật liệu

• Độ bền (UTS) MPa= HB x 3.54 (Ủ PCS)
• Độ bền (UTS) MPa = HB x 3.256 (thép tôi và thép ram)
• Độ bền (UTS) MPa = HB x 5.6 (Hợp kim đồng)
• Độ bền (UTS) MPa = HB x 3.54 (thép rèn)

Độ cứng của thép cacbon ủ thấp bởi vì quá trình nâng nhiệt chậm, giữ thời gian dài do đó làm hạt trở nên thô. Thép sau tôi và ram hình thành mactenxit cứng bởi vì làm nguội nhanh. Trong mactenxit, số lượng các bon cao liên quan tới độ cứng của vật liệu.

Ưu điểm của phương pháp đo độ cứng Brinell

Dưới đây là những ưu điểm của phương pháp đo độ cứng Brinell cho thép:

• Nó cung cấp giá trị trung bình sự khác nhau giữa pha và khuyết tật trong vật liệu
• Nó có thể tính trực tiếp độ bền thông qua độ cứng
• Kết quả thí nghiệm độ cứng Brinell độc lập với lực
• Thí nghiệm có thể thực hiện đối với vật liệu không đồng nhất
• Thí nghiệm đo độ cứng ít ảnh hưởng bởi độ nhám bề mặt và các vết xước như các phương pháp đo độ cứng HV
• Tất cả các kim loại có thể thực hiện đo độ cứng Brinell
• Thí nghiệm đo độ cứng là đơn giản
• Đầu đo đơn giản và rẻ tiền
• Có thể kiểm tra các vật liệu dày và cứng. Vật liệu càng cứng thì giá trị độ cứng càng cao.

Giới hạn của phương pháp đo độ cứng Brinell

• Nó không thể sử dụng với mẫu mỏng và nhỏ. Chiều dày mẫu nên lớn hơn 10 lần độ sâu của vết đâm.
• Ứng dụng với độ cứng lớn nhất Brinell là 650 HBW
• Không thể sử dụng với vật liệu rất cứng và rất mền
• Nó để lại một vết lõm trên bề mặt sản phẩm hoàn thiện
• Góc cạnh của vết đâm không thường được xác định rõ ràng. Và do đó khó khăn để xác định chính xác độ cứng

Tham khảo: Độ cứng Brinel