1. DETERMINAREA DURITĂŢII PRIN

METODA BRINELL

1.1. Introducere

Metoda Brinell de determinare a durităţii se aplică fontelor şi oţelurilor

necălite, metalelor şi aliajelor neferoase.

Penetratorul folosit pentru determinări este o bilă din oţel călit.

Metoda constă în apăsarea bilei, cu diametrul D, asupra piesei de încercat,

cu o forţă F, aplicată perpendicular pe suprafaţa piesei şi măsurarea diametrului

d, al urmei lăsate de bilă după îndepărtarea forţei.

Schema încercării prin metoda Brinell este prezentată în figura 1.1.

Diametrul amprentei (urmei), care are formă de calotă sferică, se măsoară

pe cale optică. Mărimea amprentei lăsată de bilă este considerată o caracteristică

a materialului de încercat.

Duritatea Brinell – notată HB – se exprimă prin raportul dintre forţa

aplicată şi aria calotei sferice imprimată în material de către bilă:

)(

222 dDDD

FHB

(1.1)

unde: F este forţa de apăsare a penetratorului, daN;

D – diametrul bilei, mm;

d – diametrul amprentei, mm;

Fig. 1.1. Schema determinării durităţii metalelor prin metoda Brinell

5

Bila se confecţionează din oţel călit şi trebuie să aibă o duritate cu

minimum 70 % mai mare decât duritatea materialului de încercat.

Diametrele bilelor montate în capul penetrator şi abaterile acestora sunt

prezentate în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Diametrul bilei utilizate la încercarea de duritate Brinell.

Diametrul bilei D (mm) Abateri limită (mm) 10 0,0045 5 0,0040

2,5 0,0035 2 0,0035 1 0,0035

Suprafaţa bilelor trebuie să fie lustruită şi lipsită de defecte. Bilele cu

diametre mici se utilizează pentru încercarea pieselor subţiri sau cu suprafaţă

mică, iar pentru piese mari, turnate din fontă, oţel, aluminiu, bronz etc., se

utilizează bila cu diametrul de 10 mm.

Grosimea piesei (h) trebuie să fie de cel puţin 8 ori mai mare decât

adâncimea de pătrundere a bilei şi se exprimă prin formula:

Fh

D HB

[mm] (1.2)

Suprafaţa opusă celei de încercat a piesei nu trebuie să prezinte

deformaţii.

Pentru a obţine rezultate comparabile, sarcinile utilizate, în funcţie de

diametrul bilei, trebuie să satisfacă relaţia:

F = k D2 (1.3)

unde: k este o constantă numită grad de solicitare.

Principalii parametri ai încercării de duritate folosind metoda Brinell sunt

prezentaţi în tabelul 1.2.

6

Tabelul. 1.2

Parametrii încercării de duritate Brinell.

Simbolul

Diametrul bilei

(mm) 2D

F

K SarcinaF

(daN)

Timp de menţinere

(s)

Duritatea Brinell

HB

Grosimea minimă a

piesei (mm)

Material

HB 10 3000 6,4 oţel HB 5/750/15 5 750 120 3,2 fontă HB 2,5/187,5/15 2,5 30 187,5 10-15 ... 1,6 netra- HB 2/120/15 2 120 450 1,3 tată HB 1/30/15 1 30 0,6 HB 10/1500/30 10 1500 4,8 HB 5/375/30 5 375 80 2,5 HB 2,5/93,7/30 2,5 15 93,7 27-33 ... 1,2 cupru HB 2/60/30 2 60 300 0,9 HB 1/15/30 1 15 0,5 HB 10/1000/30 10 1000 4,2 HB 5/250/30 5 250 60 2,1 bronz HB 2,5/62,5/30 2,5 10 62,5 27-33 ... 1,0 aliaje HB 2/40/30 2 40 300 0,8 uşoare HB 1/10/30 1 10 0,4 HB 10/500/30 10 500 3,2 HB 5/125/30 5 125 35 1,6 aluminiuHB 2,5/31,2/30 2,5 5 31,2 27-33 ... 0,8 HB 2/20/30 2 20 160 0,6 magneziuHB 1/5/30 1 5 0,3 HB 10/250/60 10 250 1,2 aliaje HB 5/62,5/60 5 62,5 10 0,6 HB 2,5/15,6/60 2,5 2,5 15,6 55-65 ... 0,3 anti- HB 2/10/60 2 10 100 0,15 fricţiune HB 1/2,5/60 1 2,5 0,18 HB 10/100/120 10 100 0,6 HB 5/25/120 5 25 10 0,3 plumb HB 2,5/6,2/120 2,5 1 6,2 115-215 ... 0,16 HB 2/4/120 2 4 100 0,13 staniu HB 1/1/120 1 1 0,06

1.2. Aparatură, epruvete

Aparatul folosit pentru determinarea durităţii prin metoda Brinell este de

fabricaţie "Balanţa" Sibiu, un aparat prevăzut cu dispozitiv optic de proiectare a

urmei pe un ecran (fig. 1.2).

7

Fig. 1.2. Aparatul de duritate Brinell

Sarcinile de încercare sunt de: 3000, 1000, 750, 500, 250 şi 187,5 daN ,

iar timpul de menţinere a sarcinii poate fi reglat între 15, 30 şi 45 de secunde, cu

descărcare automată. Treapta de încărcare se alege prin apăsarea butonului

corespunzător sarcinii necesare. După ce se aprinde becul de control, aparatul

este pregătit pentru efectuarea încercării.

8

Epruveta se aşează pe suportul masă al aparatului şi este deplasată pe

direcţia verticală până ce suprafaţa pregătită pentru încercare apare clar pe

ecranul aparatului. Prin declanşarea comenzii de încărcare se schimbă automat

obiectivul optic cu penetratorul şi se realizează încărcarea în mod lent.

După aplicarea sarcinii, aceasta se menţine un timp determinat, apoi se

descarcă automat, obiectivul se roteşte deasupra epruvetei şi pe ecran apare

urma lăsată de bilă.

Măsurarea diametrului amprentei se face cu ajutorul unor rigle speciale şi

la fiecare amprentă se măsoară două diametre perpendiculare, admiţându-se o

diferenţă de maxim 2% între cele două diametre. Diametrul amprentei se

consideră medie aritmetică a celor două diametre măsurate pe direcţii

perpendiculare. În funcţie de parametrii încercării, valoarea durităţii se deduce

din tabele standardizate.

În unele cazuri apar erori de citire datorită impreciziei de vizualizare a

conturului amprentei, deoarece se pot forma amprente cu marginile bine

determinate (fig. 1.3, a) sau fără formă riguros sferică (1.3, b).

Fig. 1.3. Zona de trecere a amprentei

a - corect; b – incorect.

În cazul amprentei din fig. 1.3, b, nu există o linie de contur care să

delimiteze precis suprafaţa calotei sferice de suprafaţa materialului rămas

nedeformat.

Suprafaţa epruvetelor trebuie să fie plană pe o porţiune care să asigure

distanţa minimă (tab. 1.3) de la marginea amprentei până la marginea suprafeţei.

9

Tabelul 1.3

Condiţii pentru încercarea de duritate Brinell.

Duritate Brinell (HB)

Timpul de menţinere a sarcinii

(s)

Distanţa între marginea amprentei şi marginea piesei de încercat,

respectiv între marginile a două amprente alăturate

100 15 3 d 36 - 100 30 4 d 10 - 35 45 5 d

10 60 5 d

Se consideră plane şi suprafeţele concave şi convexe, dacă raportul dintre

diametrul amprentei şi raza de curbură este mai mic decât 1/10.

Suprafaţa de încercat trebuie să fie lipsită de defecte, impurităţi, oxizi,

porozităţi etc.

Suprafaţa de încercat a pieselor se prelucrează prin strunjire, frezare sau

şlefuire pe hârtie abrazivă. Se va evita încălzirea epruvetelor la o temperatură

care ar putea provoca modificări structurale. Nu se admite prelucrarea

epruvetelor prin rabotare.

Grosimea minimă a piesei de încercat se alege din tabelul 1.2, iar pe

suprafaţa opusă încercării trebuie să nu apară deformări vizibile.

1.3. Determinări experimentale

Epruveta se aşează pe un suport rigid pentru a evita orice deplasare în

timpul încercării. Abaterea de perpendicularitate a axei penetratorului faţă de

normala la piesă se admite a fi de maximum 2°.

Se aduce bila în contact cu epruveta, aplicându-se sarcina în mod lent şi

progresiv, fără şocuri şi vibraţii. Timpul de menţinere necesar încercării este

indicat în tabelul 1.2, ca fiind funcţie de natura materialului de încercat.

10

11

Diametrul bilei şi sarcina respectivă se aleg astfel încât diametrul

amprentei să fie cuprins între (0,25...0,6) D şi în caz contrar se schimbă

diametrul bilei, sarcina sau ambele şi se reface încercarea.

Încercarea Brinell se execută cu un număr de cel puţin 3 amprente pe

aceleiaşi suprafaţă a epruvetei, doar dacă standardul de produs nu prevede

alte condiţii.

Duritatea Brinell în condiţii normale de încercare (D=10mm; F=3000daN;

t=15s) se indică prin simbolul HB, iar în alte condiţii de încercare, acest simbol

se completează cu un indice ce reprezintă diametrul bilei, sarcina de încercare şi

timpul de menţinere a sarcinii; (exemplu: 270 HB 5/750/30).

Între valoarea rezistenţei la rupere a oţelurilor şi valoarea durităţii Brinell

s-a stabilit o relaţie experimentală de forma:

r = m HB, ( 1.4)

unde m = 0,35 pentru oţeluri slab aliate sau nealiate.

Rezultatele încercării trebuie să fie media aritmetică a cel puţin trei

încercări succesive pe faţa aceleiaşi epruvete.

Măsurarea diametrului urmei d se face cu o precizie de 0,1 mm.