Основной принцип испытания на твердость по Бринеллю заключается в следующем: твердосплавный шарик (индентор) заданного диаметра вдавливается вертикально в поверхность образца под действием определенной испытательной силы, выдерживается в течение заданного времени, после чего испытательная сила снимается. Измеряется диаметр отпечатка, образовавшегося на поверхности образца, и значение твердости по Бринеллю рассчитывается как отношение испытательной силы к площади отпечатка.
Значение K является ключевым соотношением, связывающим испытательную силу (F) и диаметр индентора (D). Математически оно определяется как отношение испытательной силы к квадрату диаметра индентора:
K = F / D²
Для унификации результатов при различных условиях испытаний как международные стандарты (серия ISO 6506), так и китайские национальные стандарты (GB/T 231.1-2018 «Металлические материалы — Испытание на твердость по Бринеллю — Часть 1: Метод испытания») предписывают, что стандартизированное выражение испытания на твердость по Бринеллю должно включать коэффициент пересчета единиц. Окончательная стандартизированная формула имеет вид:
K = 0,102 × F / D² где F выражается в ньютонах (Н), а D — в миллиметрах (мм).Основное значение этой формулы заключается в том, что при фиксированном значении K отпечатки, образованные на одном и том же материале с использованием различных диаметров индентора и испытательных сил, сохраняют геометрическое подобие (т.е. согласованную форму и пропорции отпечатка). Это обеспечивает прямую сопоставимость и прослеживаемость значений твердости по Бринеллю, измеренных в различных условиях.
Пока значение K фиксировано, измерения с использованием различных диаметров индентора и испытательных сил эквивалентны измерению твердости материала одной и той же «линейкой», что исключает ошибки, вызванные несоответствием условий испытаний. И наоборот, произвольные значения K приводят к отпечаткам с сильно различающимися формой и размерами, что делает значения твердости несопоставимыми и непригодными для оценки свойств материала.
Стандартные спецификации и соответствующие комбинации <a href="..Значение K для твердости по Бринеллю
Для охвата испытаний материалов от очень мягких цветных металлов (например, свинец, олово) до твердых сталей (например, высокопрочные легированные стали, чугуны), а также для учета практических условий, таких как толщина и размер образца, международные и национальные стандарты устанавливают шесть фиксированных стандартных значений K: 30, 15, 10, 5, 2,5, 1. Эти шесть значений подтверждены длительными испытаниями и выведены из механических свойств материалов и промышленной практики, что обеспечивает максимальную точность и достоверность для образцов различной твердости и толщины.
В практических испытаниях значение K, диаметр индентора (D) и испытательная сила (F) должны строго следовать принципу фиксированного значения K с согласованными тремя параметрами для формирования стандартизированных испытательных комбинаций. Наиболее часто используемые стандартные комбинации в промышленности приведены ниже (единицы: D в мм, F в кгс, с пересчетом в ньютоны (N) в скобках):
K=30 (наиболее широко используется; для материалов средней и высокой твердости): D=10 мм → F=3000 кгс (29420 Н); D=5 мм → F=750 кгс (7355 Н); D=2,5 мм → F=187,5 кгс (1839 Н); D=1 мм → F=30 кгс (294 Н).
K=15 (для материалов средней твердости или более тонких образцов средней и высокой твердости): D=10 мм → F=1500 кгс (14710 Н); D=5 мм → F=375 кгс (3678 Н); D=2,5 мм → F=93,75 кгс (919 Н).
K=10 (для цветных металлов средней твердости, например, алюминиевые сплавы, медные сплавы): D=10 мм → F=1000 кгс (9807 Н); D=5 мм → F=250 кгс (2452 Н); D=2,5 мм → F=62,5 кгс (613 Н).
K=5 (для более мягких цветных металлов или тонких образцов): D=2,5 мм → F=31,25 кгс (306 Н) (ранее упомянутая стандартная комбинация «5/31,25»); D=1 мм → F=5 кгс (49 Н).
K=2,5, 1 (для очень мягких металлов, например, свинец, олово, цинковые сплавы, или сверхтонких образцов): K=2,5, D=2,5 мм → F=15,625 кгс (153 Н); K=1, D=2,5 мм → F=6,25 кгс (61 Н).
Подчеркивается, что стандарты категорически запрещают испытательные комбинации с нефиксированным значением K. Результаты испытаний с несоответствующими комбинациями являются недействительными и неотслеживаемыми, и не могут использоваться для оценки качества.
