Nguyên lý đo độ cứng Brinell
NGUYÊN LÝ ĐO ĐỘ CỨNG BRINELL
Nguyên lý đo độ cứng Brinell
Thang đo độ cứng Brinel được phát triển bởi kỹ sư người Thụy Điển Johan August Brinell. Nó được đề xuất vào năm 1900. Quá trình thử nghiệm được thực hiện bằng cách ép 1 đầu bi tròn lên trên bề mặt của mẫu bằng 1 lực chuẩn. Với tỷ lệ nhất định đường kính/lực sẽ tạo nên 1 vết lõm nhất định.
Cách xác định độ cứng Brinell
Đường kính đầu bi có thể là 10mm, 5mm, 2.5mm hay 1mm, lực ép có thể từ 6.25kgf đến 3000kgf. Lực ép P quan hệ với đường kính D theo tỷ lệ P/D2 (như 30:1; 15:1; 5:1; 2:1; 1.25:1; 1:1). Tỷ lệ này được chuẩn hóa cho các vật liệu khác nhau sao cho kết quả kiểm tra được chính xác và ổn định.
Với vật liệu thép, tỷ lệ này là 30:1. Ví dụ 1 đầu bi 10mm có thể sử dụng với lực 3000kgf. Hoặc đầu bi 1mm có thể sử dụng lực 30kgf. Ví dụ hợp kim nhôm tỷ lệ này là 5:1. Quá trình gia lực được cố định trong 1 khoảng thời gian, thường là 30 giây. Khi đầu đo được rút lên người ta đo đường kính d1 và d2 của vết lõm. Người ta sử dụng 1 kính hiển có thước thước lưới bên trong đã được hiệu chuẩn để đo.
Các công tính độ cứng HB
Độ cứng Brinell (BHN) được tính bằng lực chia cho diện tích bề mặt của vết lõm.
Trong đó:
- P: tải trọng tác dụng (kgf)
- D: là đường kính của viên bi (mm)
- d: là đường kính của vết đâm (mm)
Độ cứng Brinell đôi khi được tính bằng megapascal; số độ cứng Brinell được nhân với gia tốc do trọng lực, 9,80665 m/s2, để chuyển nó thành megapascal.
BHN có thể được chuyển đổi thành Độ bền kéo giới hạn hay Giới hạn bền đứt (UTS – Ultimate Tensile Strength), mặc dù mối quan hệ phụ thuộc vào vật liệu và do đó được xác định theo kinh nghiệm. Mối quan hệ dựa trên chỉ số Meyer (n) từ định luật Meyer. Nếu chỉ số của Meyer nhỏ hơn 2,2 thì tỷ lệ của UTS với BHN là 0,36. Nếu chỉ số của Meyer lớn hơn 2,2, thì tỷ lệ này sẽ tăng lên.
BHN được chỉ định bởi các tiêu chuẩn thử nghiệm được sử dụng phổ biến nhất (ASTM E10-14 và ISO 6506–1: 2005) là HBW (H là độ cứng, B là Brinell và W từ vật liệu của vật liệu là carbide vonfram (wolfram) ). Trong các tiêu chuẩn trước đây, HB hoặc HBS được sử dụng để chỉ các phép đo được thực hiện với các phép đo với bi bằng thép.
HBW được tính theo cả hai tiêu chuẩn bằng cách sử dụng các đơn vị SI
- F: lực đo (N)
- D: là đường kính của viên bi (mm)
- d: là đường kính của vết đâm (mm)
Trong thực tế thông thường người ta sử dụng các bảng đặc biệt. Các bảng này cho ra giá trị độ cứng Brinell theo các tỷ lệ khác nhau của P/D2.
Để đo đường kính của các vết lõm, người ta sử dụng kính hiển vi có độ phóng đại 20X hay 40X.
Các lưu ý về thang đo Brinell
Hãy lưu ý rằng để thu được kết quả tốt trong việc xác định độ cứng Brinell, cần tuân thủ các quy tắc sau:
- Tải trọng phải được đặt theo hướng vuông góc với mặt phẳng của mẫu thử;
- Tâm của vết lõm phải được đặt ở khoảng cách không nhỏ hơn hai lần đường kính của bi đo tính từ phần đáy của mẫu thử;
- Đường kính vết lõm phải được đo theo hai hướng vuông góc với nhau;
- Đường kính của các vết lõm do thử nghiệm phải nằm trong phạm vi từ 0,2D đến 0,6D.
Thông thường, phương pháp này không được sử dụng để thử nghiệm vật liệu có độ cứng lớn hơn 450. Vì trong trường hợp này, kết quả thử nghiệm được đặc trưng bởi sự phân tán lớn. Lúc đó, người ta sử dụng thang đo Rockwell hoặc thang đo Vickers để thử nghiệm. Thang Rockwell sử dụng đầu kim cương hình nón.
