Brinela cietības testera darbības principu rokasgrāmata

Cietības pārbaude ir būtisks materiālu novērtēšanas process, jo īpaši smagajiem{0}}metāliem, ko izmanto prasīgā rūpnieciskā vidē. No dažādām pieejamajām cietības pārbaudes metodēm Brinela cietības tests ir izturējis laika pārbaudi, kopš to izgudroja zviedru inženieris Johans Augusts Brinels 1900. gadā.Brinela cietības testerisjoprojām ir viena no visplašāk izmantotajām un praktiski nozīmīgākajām metālu materiālu mērīšanas sistēmām, īpaši tiem, kuriem ir rupja vai neviendabīga mikrostruktūra. Tā spēja nodrošināt precīzus, reprezentatīvus cietības rādījumus lielā ievilkuma zonā padara to neaizstājamu nozarēs, kas nodarbojas ar lējumiem, kalumiem un lieliem metāla komponentiem, kur virsmas neatbilstības citādi varētu apdraudēt testa rezultātus.

Atkāpšanās metode

Brinela cietības tests darbojas pēc vienkārša, taču ļoti efektīva principa: kontrolētā slodzē materiāla virsmā iespiež sfērisku ievilkumu un izmēra iegūto ievilkumu. Atšķirībā no metodēm, kuru pamatā ir dziļums, piemēram, Rokvela testēšana, Brinela metode cietības noteikšanai balstās uz iedobes diametra optisko mērījumu.

Izmantotā volframa karbīda lode ir pieejama standarta diametrā 1 mm, 2,5 mm, 5 mm un 10 mm, un 10 mm lode ir visizplatītākā izvēle vispārējiem rūpnieciskiem lietojumiem. Starptautiskie standarti nosaka volframa karbīda izcilo izturību un cietību attiecībā pret pārbaudāmajiem materiāliem, nodrošinot, ka iespiedējs saglabā savu precīzu ģeometriju daudzos testa ciklos.

Testa spēku pieliek vertikāli, nospiežot lodi parauga virsmā uz noteiktu aiztures laiku. Pēc spēka noņemšanas tiek mērīts paliekošais ievilkums. Tā kā ievilkums aptver salīdzinoši lielu virsmas laukumu -daudz lielāku nekā ar Rokvela vai Vikersa metodēm iegūto{3}}, Brinela tests nodrošina vidējo cietības vērtību, kas ir mazāk jutīga pret vietējām mikrostrukturālām izmaiņām, virsmas nelīdzenumiem vai nelieliem piesārņotājiem.

Mērīšanas koncepcija

Atšķirībā no metodēm, kas mēra ievilkuma dziļumu, Brinela metode nosaka cietību, pamatojoties uz sfēriskā ievilkuma diametru. Šī pieeja piedāvā galveno priekšrocību: lielais ievilkums efektīvi nosaka materiāla reakciju uz plašāku virsmas laukumu, samazinot graudu robežu, porainības vai citu neviendabīgumu ietekmi, kas var izraisīt nevienmērīgus rādījumus citās testa metodēs.

Pēc testa spēka noņemšanas operators mēra ievilkuma diametru vismaz divos virzienos, kas ir perpendikulāri viens otram. Šo mērījumu vidējo aritmētisko vērtību izmanto cietības aprēķinam. Lai mērījumi būtu derīgi, ievilkuma diametram ir jāsakrīt no 24,5% līdz 60% no lodītes diametra, kā norādīts ASTM E10, lai nodrošinātu ģeometrisko līdzību un salīdzināmus rezultātus dažādos testa apstākļos.

1. solis – virsmas sagatavošana

Testa virsmai jābūt gludai, plakanai un bez nogulsnēm, oksīdiem vai citiem piesārņotājiem. Tomēr viena no Brinell testēšanas galvenajām priekšrocībām ir tolerance pret virsmas stāvokli: parasti pietiek ar dažu sekunžu darbu ar rokas slīpmašīnu, lai iegūtu pietiekami gludu virsmu. Virsmas raupjumam (Ra) jābūt mazākam par 2,5 µm vai vienādam ar 10 mm lodi. Sagatavošana jāveic tā, lai līdz minimumam samazinātu virsmas cietības izmaiņas, piemēram, pārkaršanu vai aukstumu.

2. darbība – lietojumprogrammas ielāde

Paraugu novieto uz stingras laktas, un ievilkums saskaras ar testa virsmu virzienā, kas ir perpendikulārs virsmai. Testa spēku pieliek vienmērīgi 1 līdz 8 sekunžu laikā, notur noteiktu aiztures laiku (parasti 10 līdz 15 sekundes metāliskiem materiāliem) un pēc tam noņem. Dažiem materiāliem, piemēram, krāsainajiem metāliem, noturības laiku var pagarināt līdz 30 sekundēm vai ilgāk.

3. solis – mērīšana

Pēc izkraušanas, izmantojot optisko sistēmu, mēra ievilkuma diametru. Tradicionālajā manuālajā mērīšanā tiek izmantots kalibrēts pārnēsājams mikroskops ar mikrometra tīklu. Mūsdienu automatizētās digitālās attēlveidošanas sistēmas aizstāj subjektīvu manuālu mērījumu ar algoritmisku malu noteikšanu, uzlabojot atkārtojamību no ±2-3 HBW līdz ±0,5-1 HBW. Diametrs jāmēra vismaz divos perpendikulāros virzienos, un cietības aprēķinam izmanto vidējo aritmētisko.

4. darbība – rezultāta noteikšana

Cietības vērtību aprēķina, izmantojot iepriekš aprakstīto formulu vai nolasa tieši no konversijas diagrammas. Rezultātu reģistrē kopā ar testa apstākļiem (lodes diametru un testa spēku). Kvalitātes kontroles nolūkos, lai novērtētu viendabīgumu, dažādās parauga vietās ir jāveic vairāki ievilkumi.

Kāpēc rupjiem materiāliem priekšroka tiek dota Brinela testēšanai?

Brinela cietības testeris ir plaši atzīts par spēju mērīt rupjus un neviendabīgus materiālus ar augstu uzticamību. Šo rūpniecisko izvēli veicina vairāki faktori:

• Liels ievilkuma laukums: salīdzinoši lielais ievilkums un lielās slodzes ļauj veikt testēšanu ar rupjiem{0}}graudainiem materiāliem, piemēram, lējumiem un kalumiem. Jebkuras granularitātes izmēri ir mazāki par ievilkuma laukumu, novēršot šādas granularitātes ietekmi uz rezultāta precizitāti.
• Augsta tolerance attiecībā uz virsmas stāvokli: nelieli virsmas nelīdzenumi neapdraud galīgo nolasījumu, samazinot sagatavošanas laiku, salīdzinot ar metodēm, kurām nepieciešamas ļoti pulētas virsmas.
• Patiess lielapjoma īpašību attēlojums: atšķirībā no{0}}tikai virsmas testiem, Brinell nodrošina patiesu metāla masīvu īpašību attēlojumu, padarot to ideāli piemērotu smagiem lējumiem, kalumiem un rupjiem{1}}graudainiem materiāliem, kur virsmas neatbilstības var maskēt reālo veiktspēju.
• Korelācija ar stiepes izturību: Brinela rezultāti cieši korelē ar maksimālo stiepes izturību daudzos tēraudos un sakausējumos. Izmantojot standarta konversijas diagrammas, Brinela cietības skaitļi var piedāvāt ātru, uzticamu stiepes izturības aprēķinu,{1}}nodrošinot praktisku alternatīvu, ja destruktīvas stiepes pārbaudes nav iespējamas vai nav ekonomiskas.

Galvenās nozares lietojumprogrammas

Tērauda rūpnīcas un lietuves

Tērauda ražotāji paļaujas uz Brinela testu kā primāro produkcijas kvalitātes kontroles testu karsti velmētam-plāksnēm, strukturālajām sekcijām un rūdītam-un-rūdītam tēraudam. Lietuves izmanto Brinela testu, lai pārbaudītu lielu lējumu cietību, nodrošinot, ka kritiskās daļas atbilst stingriem kvalitātes standartiem.

Kalšanas operācijas

Kalšanas darbībās tiek izmantota Brinela pārbaude, lai pārbaudītu termiskās{0}apstrādes viendabīgumu un nodrošinātu, ka kaltiem komponentiem ir nepieciešamās mehāniskās īpašības. Brinela tests nodrošina mērījumus diezgan lielā platībā, ko mazāk ietekmē šo materiālu rupjā graudu struktūra nekā Rokvela vai Vikersa testi.

Naftas un gāzes rūpniecība

Urbšanā un ekstrakcijā izmantotās caurules un komponenti saskaras ar ārkārtēju spiedienu un skarbu vidi. Brinela testēšana ir ļoti svarīga, lai pārbaudītu šo materiālu cietību un integritāti gan laboratorijā, gan tieši uz lauka. Pārnēsājamie Brinell testeri tiek īpaši novērtēti, jo tie spēj novērtēt caurules, urbjus un svarīgu infrastruktūru uz vietas, nodrošinot gan drošību, gan atbilstību normatīvajiem aktiem.

Smagā tehnika un būvniecība

Smagās tehnikas ražotāji un būvniecības uzņēmumi izmanto Brinell testerus, lai apstiprinātu siju, siju un citu konstrukcijas elementu cietību un izturību. Tas nodrošina, ka celtniecības materiāli var izturēt smagas slodzes un vides apstākļus, saglabājot konstrukcijas integritāti.

Automobiļi un kosmosa nozare

Lai gan Rokvela un Vikersa metodes bieži tiek izvēlētas mazākām, augstas precizitātes{0}}detaļām, Brinela testēšana joprojām ir vēlamā iespēja lielākiem konstrukciju komponentiem automobiļu un kosmosa lietojumos. Tas ir īpaši noderīgi, lai pārbaudītu metāla detaļu konsekvenci un uzticamību, kas ir pakļautas lielai slodzei.

Q1: Kādi materiāli ir piemēroti Brinela testēšanai?

Čuguns, tērauds, krāsainie metāli (alumīnijs, varš, misiņš) un citi metāliski materiāli ar rupju vai neviendabīgu graudu struktūru ir ideāli piemēroti. Pārbaude ir īpaši piemērota-lējumu, kalumu un karsti{3}}velmētu izstrādājumu pārbaudei.

Q2: Vai Brinela cietības testeris ir piemērots plāniem materiāliem?

Nē, Brinela testēšana ir vislabākā bieziem paraugiem. Plāniem materiāliem vai pārklājumiem piemērotākas ir citas metodes, piemēram, Rokvela virspusējā vai Vickers mikrocietības pārbaude. Minimālajam parauga biezumam jābūt vismaz astoņas reizes lielākam par paredzamo ievilkuma dziļumu, lai izvairītos no substrāta ietekmes.

3. jautājums. Kāpēc rupjiem{1}}graudainiem materiāliem priekšroka tiek dota Brinela metodei?

Tā kā lielais ievilkuma laukums vidēji nosaka materiāla reakciju uz plašāku virsmu, samazinot graudu robežu, porainības un citu neviendabīgumu ietekmi, kas var izraisīt nevienmērīgus rādījumus citās testa metodēs.

4. jautājums. Kā Brinela cietības testeris atšķiras no Rockwell cietības testera?

Brinela tests ir lēnāks, bet sniedz reprezentatīvākus rezultātus neviendabīgiem materiāliem. Rokvela tests ir ātrāks, un tam nav nepieciešami optiski mērījumi, tāpēc tas ir labāk piemērots viendabīgu materiālu lielapjoma{1}}ražošanai. Izvēle ir atkarīga no konkrētā materiāla un pielietojuma prasībām.

Brinela cietības testera darbības principa izpratne ir būtiska, lai rūpnieciskos lietojumos iegūtu precīzus, reprezentatīvus cietības mērījumus. Testa lielais ievilkuma laukums, tolerance pret virsmas nelīdzenumiem un spēja nodrošināt vidējo materiāla reakciju dažādās neviendabīgās mikrostruktūrās padara to par vēlamo izvēli lējumiem, kalumiem un smago metālu sastāvdaļām. Izvēloties atbilstošu lodītes diametru un testa spēku, pareizi sagatavojot paraugus un ievērojot standartizētas procedūras, lietotāji var pilnībā izmantot šīs laika{2}}pārbaudītās metodes potenciālu.