Z serii SŁOWNIK PROFMETKOL: Twardość Brinella

Twardość materiału to jego odporność na trwałe odkształcenie powierzchni pod wpływem obciążenia. Jedną z najstarszych i najpopularniejszych metod pomiaru twardości metali jest próba Brinella, opracowana w 1900 roku przez szwedzkiego inżyniera Johana Auguste’a Brinella. Dzięki prostocie i uniwersalności badanie to do dziś bywa stosowane we wszystkich gałęziach przemysłu metalurgicznego.

Zasada pomiaru

1. Indenter
   Do próby wykorzystuje się kulkę ze stali hartowanej lub węglika spiekanego o zadanym średnicy (zwykle 10 mm).

2. Obciążenie
   Kulę dociska się do powierzchni próbki obciążeniem od 500 kgf do 3000 kgf (kilogramów-siła), w zależności od twardości materiału.

3. Czas docisku
   Siła przyłożona do indentera utrzymywana jest przez określony czas (zazwyczaj 10–30 s).

4. Pomiar odkształcenia
   Po odciążeniu mierzy się średnicę wgłębienia (d) na powierzchni próbki za pomocą mikroskopu lub profilometru.

Na podstawie siły (F), średnicy kulki (D) i średnicy odkształcenia (d) oblicza się twardość Brinella (HB):

Jednostki i norma

• Wynik wyrażamy w kgf/mm² lub przybliżenie w megapaskalach (1 kgf/mm² ≈ 9,81 MPa).

• W Polsce najczęściej stosuje się normę PN-EN ISO 6506 określającą warunki przeprowadzania próby, wielkość obciążenia i czas docisku.

Zastosowania praktyczne

• Stopy aluminium i miedzi – ocena wytrzymałości na odkształcenie w lekkich konstrukcjach.

• Żeliwo – dzięki miękkiej strukturze żeliwa kulka Brinella łatwo zagłębia się ukazując różnice w grafitowej matrycy.

• Stale konstrukcyjne i narzędziowe – pozwala ocenić jednorodność procesu obróbki cieplnej i hartowania.

• Połączenia spawane – sprawdzenie twardości strefy wpływu ciepła oraz strefy spoiny.

Zalety próby Brinella

• Uniwersalność – jedno urządzenie i kilka obciążeń wystarcza do badania szerokiego zakresu materiałów.

• Powierzchniowa reprezentatywność – duże wgłębienie uśrednia mikrostrukturę, co pozwala uzyskać stabilny wynik.

• Prosta kalibracja – łatwe wzorcowanie maszyny dzięki ciężarkom i kulkom o znanym D.

Ograniczenia i uwagi

• Grubość próbki – minimalna grubość to ok. 10 × d, aby uniknąć deformacji pod spodem.

• Miękkie materiały (HB < 30) mogą wymagać mniejszych kul lub lżejszych obciążeń, by unikać nadmiernego odkształcenia.

• Twarde stopy narzędziowe (HB > 600) bywają poza zakresem standardowego obciążenia i wymagają indenterów z węglika spiekanego.

• Kształt i przygotowanie powierzchni – próbka musi być płaska, gładka i wolna od tlenków.

Porównanie z innymi metodami