Zapoznanie się z budową twardościomierza Brinella oraz sposobem badania twardości Brinella.
Konstrukcję twardościomierza Brinella przedstawia rys.1.
Rys.1 Schemat twardościomierza Brinella
1 - manometr, 2 - zawór, 3 - cylinder roboczy, 4 - tłok,
5 - wgłębnik, 6 - próbka, 7 - stolik przedmiotowy,
8 - śruba, 9 - kółko podnoszenia, 10 - pompka, 11 - filtr,
12 - rurka, 13 - jarzmo, 14 - trzpień obciążników,
15 - sprężyna, 16 - zawór kolkowy, 17 - zawór bezpieczeństwa,
18 - zbiornik, 19 - obciążniki
W górnej części przyrządu znajduje się cylinder roboczy
/3/ z tłokiem
/4/. Nad cylindrem mieści się zbiornik oleju wraz z pompką ręczną
/10/.
W trzpieniu tłoka jest zamocowany wgłębnik z wymienną kulką
/5/. Zawór
/2/ zamyka otwór przelotowy między przestrzenią roboczą cylindra a zbiornikiem oleju. W zawór ten wbudowany jest dodatkowy zawór bezpieczeństwa, otwierający się po przekroczeniu ciśnienia odpowiadającego sile nacisku około 35 kN. Drugi zawór bezpieczeństwa
/17/ jest osadzony w tłoku. Zawór ten działa tylko w razie przypadkowego opuszczenia tłoka do dolnego skrajnego położenia. Olej wycieka wówczas przez rurkę
/12/ do zbiornika
/18/; ścieka tam również olej przedostający się przez nieszczelności między tłokiem a cylindrem. Przestrzeń robocza cylindra jest połączona rurką z regulatorem ciśnienia, którym jest zawór kulkowy
/16/ obciążony (za pośrednictwem jarzma
/13/ i trzpienia
/14/) obciążnikami
/19/. Podczas działania ciśnienia o wartości wyższej niż to wynika z równości
(gdzie: F
1 - ciężar obciążników
/19/, F - siła działająca na trzpień pomiarowy, S i S
1 - odpowiednio: powierzchnia przekroju kulki
/16/ i powierzchnia tłoka
/4/)
olej wypycha kulkę do góry, przedostaje się do zbiornika przelewowego, a stąd - poprzez filtry
/11/ - wraca do zbiornika oleju. Ciśnienie oleju wskazuje manometr
/1/, wyskalowany w jednostkach siły działającej na trzpień.
Po wykonaniu próby twardości otwiera się zawór
/2/ a sprężyna
/15/ unosi tłok
/4/ w położenie wyjściowe. Badaną próbkę
/6/ kładzie się na podkładce kulistej
/7/ osadzonej w śrubie
/8/, podnoszonej kółkiem ręcznym
/9/.
Rys.2 Schemat wtłoczenia kulki w badany materiał
Pomiar twardości metodą Brinella polega na wtłaczaniu (przez określony czas) w badany materiał
/6/ pod obciążeniem F kulki (stalowej hartowanej lub z węglików spiekanych) o średnicy D (rys.2). Miarą twardości w tej metodzie jest stosunek siły F do powierzchni czaszy kulistej powstałej w materiale w wyniku działania na kulkę pomiarową siły obciążającej F.
Otrzymana z obliczeń wartość jest wyrażona w jednostce Brinella HB (bez podawania wymiaru), np. 250 HB, 410 HB itp.
Wyniki pomiarów
dla twardości > 100 HB z dokładnością 1 HB,
dla twardości 10 ÷ 100 HB z dokładnością 0,5 HB,
dla twardości < 10 HB z dokładnością O,1 HB.
Ze względu na możliwość trwałego odkształcenia kulki pomiarowej kulki stalowe stosuje się tylko do pomiaru twardości < 450 HB; do pomiaru twardszych materiałów - kulki wykonane z twardszych spieków. Średnice kulek pomiarowych
D wynoszą 10; 5; 2,5; 2 i 1 mm. Kulki muszą mieć powierzchnię gładką, nie wykazującą wad zewnętrznych przy obserwacji lupą o pięciokrotnym powiększeniu. Kulka, która uległa trwałym odkształceniom, nie powinna być używana do wykonywania prób. Do pomiaru średnicy odcisku stosujemy lupę odczytową.
Rys.3 Pomiar średnicy odcisku lupą Brinella
Pomiaru średnicy dokonuje się w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Średnica
D kulki użytej do próby powinna być tak dobrana, aby średnica
d otrzymanego odcisku zawierała się w granicach
0,25 D < d < 0,6 D .
Kulkę należy obciążać bez wstrząsów, równomiernie, wzrost obciążenia powinien trwać około 10 s. Czas działania całkowitej siły obciążającej powinien wynosić:
- dla stali i żeliwa 10 - 15 s
- dla innych metali o twardości > 32 HB 30 s
- dla innych metali o twardości < 32 HB 60 s
Odstęp
I od brzegu odcisku do krawędzi badanej powierzchni powinien być większy od
4d.
Odstęp środków sąsiednich odcisków powinien być większy od
2,5d.
Przedmiot powinien być podczas próby ustawiony nieruchomo, a jego badana powierzchnia powinna być prostopadła do kierunku działania siły obciążającej.
Największy dopuszczalny promień krzywizny powierzchni badanej może się równać trzykrotnej średnicy kulki
D.
Przedmiot badany powinien mieć w miejscu badanym grubość co najmniej 10 razy większą od głębokości odcisku. Powierzchnia badana powinna być oczyszczona ze smaru, zgorzeliny i odpowiednio wygładzona.
