سختی برینل چیست؟
اولین روش استاندار اندازه گیری سختی بصورت دندانه گذاری (Indentation)، روش برنیل است که در سال 1900 توسط Johan August Brinell پیشنهاد شد.
در تست سختی برینل از یک گوی فولادی یا کاربید تنگستن به قطر 10 میلیمتر و پایین تر به عنوان فرو رونده یا ایندنتور استفاده میشود.
روش محاسبه سختی برینل
ایندنتور توسط یک بار 187.5 تا 3000 کیلو گرمی به مدت 10 تا 30 ثانیه روی سطح صاف قطعه مورد نظر فشرده میشود. قطر متوسط محل اثر اعمال نیرو بصورت میانگین دو قطر با زاویه 90 درجه اندازه گیری میشود. فرمول سختی برنیل طبق رابطه زیر است:
شماتیک روش برینل
عمق اثر در این رابطه به میلی متر و واحد سختی برینل، کیلوگرم بر میلی متر مربع میباشد . ضخامت قطعه آزمایش شده نباید هیچ گونه تحدب یا علامتی حاکی از اعمال بار در سمت مخالف قسمتی که تحت آزمایش است داشته باشد و ضخامت نمونه بایستی حداقل 10 برابر عمق اثر باشد.
در تست سختی برینل، دو قطر عمود بر هم نقطه اثر بایستی اندازه گیری شود و مقادیر آنها برای محاسبه میزان سختی بکار رود. اگر اختلاف دو قطر اندازه گیری شده در نمونه های تخت، بیش از 0.01 میلیمتر باشد، آزمایش مورد قبول نیست و باید دوباره تکرار شود. در نمونه های انحنادار، شعاع انحنای سطح نمونه بایدحداقل 2.5 برابر قطر ساچمه باشد.
سپس بعد از اندازه گیری قطر اثر به این روش، سختی معادل هر قطر باتوجه به نیروی اعمالی طبق جداول استاندارد گزارش می شود.
اثر ساچمه برینل
ایندنتور یا فرورونده روش برینل
در روش برینل همانطور که اشاره شد از ساچمه کروی فولادی یا کاربید تنگستن (WC) به قطر 1، 2.5، 5 و 10 میلیمتر استفاده می شود. ساچمه فولادی سختی پایین تری دارد و به مرور زمان ممکن است بر اثر تماس با مواد دارای سختی بالاتر دچار تغییر فرم شود. بنابراین می بایست از ساچمه کاربید تنگستن بمنظور حصول دقت و صحت نتایج سختی سنجی استفاده شود. ساچمه داخل نگهدارنده قرار گرفته و بر روی محل تعبیه شده روی دستگاه سختی سنج نصب می شود
انواع فرو رونده یا ایندنتور در روش برینل
استانداردهای روش برینل
سختی سنجی به روش برینل طبق استانداردهای مختلفی انجام می شود که متداول ترین آن ها به شرح زیر است:
- استاندارد ASTM E10 آمریکا) سختی برینل مواد فلزی
- استاندارد ASTM A370 آمریکا) آزمون مکانیکی محصولات فلزی
- ISO 6506-1 بین المللی-اروپایی) مواد فلزی- تست سختی برینل
- JIS Z 2243 ژاپن) تست سختی برینل- روش آزمون
تبدیل سختی برینل به راکول
سختی برینل در مقادیر پایین (HB 81-238) در محدوده سختی راکول (HRB 41-100) قرار می گیرد. همچنین محدوده سختی 228 تا 940 برینل معادل سختی 20 تا 68 راکول C است.
جدول تبدیل واحد سختی برینل به راکول و ویکزر در تصویر زیر آورده شده است.
جدول تبدیل سختی برینل (HB)، راکول سی (HRC)، راکول بی (HRB) و ویکرز (HV)
مزایا و معایب روش سختی سنجی برنیل
اندازه نسبتا بزرگ فرورفتگی در روش برنیل این مزیت را دارد که غیر یکنواختی ها و عیوب موضعی را نیز در نظر می گیرد و به عبارتی مقدار سختی حاصله متوسطی از مناطق با عیب و بدون عیب است. بعلاوه خراش ها و یا زبری سطحی بر روی عدد سختی چندان اثر نمی گذارد.
همچنین از تست سختی برینل به دلیل ماهیت آن بیشتر برای فلزات نرم و غیر فولادی استفاده می شود.
عیب این روش این است که قطر اثر بزرگی ایجاد میکند و باعث تمرکز تنش روی سطح قطعه میگردد و در نتیجه استفاده از این روش برای سختی سنجی قطعاتی که در شرایط بحرانی تنش کار می کنند مناسب نیست و همچنین برای قطعات نازک و ظریف نیز مناسب نیست.
ضمناً برزگ بودن فرو رونده باعث عدم نفوذ کافی در مواد سخت می شود و روش برینل برای مواد با سختی بالا قابل استفاده نیست.