Phương Pháp Đo Độ Cứng BRINELL

1/ Giới Thiệu: 

Đây là phương pháp kiểm tra độ cứng lâu đời nhất được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật cơ khí ngày nay. Được phát minh bởi kỹ sư người Thụy Điển tên là Johan August Brinell vào tháng 8 năm 1900. Phương pháp này được sử dụng rộng rải và tiêu chuẩn hóa về kiểm tra độ cứng trong kỹ thuật và luyện kim.

2/ Phương Pháp Thử:

• Mũi thử trong phương pháp đo này là bi thép có đường kính 10mm với lực ấn 3000kg ấn lõm vào bề mặt kim loại. Đối với các kim loại mềm, lực ấn sẽ được giảm xuống 500kg, và đối với các kim loại cực cứng, sẽ sử dụng đến bi thử Cardbide Tungsten để giám thiếu biến dạng đầu thử.
• Độ cứng Brinell được xác định bằng cách nhấn một khối cầu bằng thép cứng hoặc cacbit có đường kính D xác định dưới một tải trọng P cho trước, trong khoảng thời gian nhất định, bi thép sẽ lún sâu vào mẫu thử.
• Trong phương pháp này, trị số độ cứng gọi là HB đươc xác định bằng áp lực trung bình, biểu thị bằng Newton trên 1 mm² diện tích mặt cầu do vết lõm để lại, độ cứng được tính theo công thức:

Phương Pháp Đo BRINELL

                                       

Trong đó :

            F – áp lực ấn vuông góc với mặt mẫu thử và được qui định theo tiêu chuẩn 

                     D – đường kính bi đo (mm)

                     D_i - đường kính vết lõm (mm)

  

* Như vậy: Người ta đo đường kính vết lõm bằng những dụng cụ chuyên dùng, với đường kính viên bi và áp lực ấn xuống cho trước mà ta biết được độ cứng HB.

• Hiện nay còn dùng đơn vị đo là Mpa với giá trị 1Mpa = 0,10196 KG/mm² 
• Nếu dùng máy hiển thị số thì kết quả cho ngay trên màn hình. Đường kính viên bi phụ thuộc vào chiều dày vật đo. Vật đo càng mỏng thì đường kính viên bi càng nhỏ. Đường kính bi đo được tiêu chuẩn hóa, theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) : 10mm; 5mm; 2,5mm; và 1mm. Tải trọng P cũng có một số xác định.
• Tải trọng đo phụ thuộc vào vật liệu đo, nó tỉ lệ thuận với tỷ số F/D². Thực tế được quy định như sau :

          + Thép vá Gang : 30

          + Hợp kim đồng : 10

          + Hợp kim ổ trượt : 2,5

          + Thiết, chì và hợp kim : 1

• Tuy nhiên, muốn kết quả đo được chính xác hơn ta nên chọn tải trọng sao cho đường kính vết lõm D_i tạo nên nằm trong khoảng (0,2 - 0,6)D
• Thời gian tác dụng tải trọng cũng ảnh hưởng đến kết quả đo nên cũng chọn cho phù hợp. Thời gian này phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đo. Thời gian cài đặt tải càng tăng nếu nhiệt độ chảy của vật liệu càng thấp. Thông thường có thể chọn như sau :

          + Với kim loại đen và hợp kim đen :

              HB = 140 ÷ 450 chọn 10s

              HB < 140 chọn 30s

          + Với kim loại màu và hợp kim màu :

              HB = 31,8 ÷ 130 chọn 30s

              HB = 8 ÷ 35 chọn 60s

•      Sau khi đo kết quả đo được ghi lại như sau :

       + Nếu đo độ cứng ở điều kiện tiêu chuẩn ( F = 3000kG, D = 10mm, thời gian đặt tải 30s) thì ghi đơn giản bởi HB và số đo. VD : HB350

       + Nếu đo ở các điều kiện khác thì phải ghi đầy đủ các thông số của phép đo. 
VD : HB_10/750/30150 có nghĩa là mẫu đo có độ cứng Brinell là 150 được đo với bi đường kính 10mm, tải trọng là 750kG và thời gian đặt tải là 30s.  

• Từ độ cứng Brinell có thể suy ra giới hạn bền kéo của vật liệu như sau :

• Phương pháp này chỉ dùng khi độ cứng vật liệu dưới 450HB, với vật liệu cứng hơn sai số sẽ lớn hơn. So với các phương pháp thử độ cứng khác, bi thử Brinell tạo ra vết lõm sâu và rộng nhất, do đó phép thử sẽ bình quân được độ cứng trên một phạm vi rộng hơn của vật đo. Đây là phương pháp tối ưu để đo độ cứng khối hoặc hoặc độ cứng tổng thể của một loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu có cấu trúc không đồng đều. Các vết xước và độ nhám bề mặt hầu như không ảnh hưởng tới phép thử Brinell. Tuy nhiên phương pháp thử này không phù hợp với đo các vật thể nhỏ.
• Sau đây là bảng tra để xác định đường kính bi và tải trọng đặt vào

Vật Liệu	Phạm vi độ cứng Theo Brinell	Chiều dày bé nhất của mẫu thử (mm)	Quan hệ giữa tải trọng và đừờng kính bi	Đường kính bi (mm)	Tải trọng (kG)	Thời gian chịu tải (s)
Kim loại đen	140-150	Từ 6 đến 3 Từ 4 đến 2 Nhỏ hơn 2	F = 30 ­D 2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187,5	10
	< 140	Lớn hơn 6 Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3	F = 10 ­D 2	10,0 5,0 2,5	1000 250 62.5	10
Kim loại màu	> 130	Lớn hơn 6 Từ 4 đến 2 Nhỏ hơn 2	F = 30 ­D 2	10,0 5,0 2,5	3000 750 187.6	30
	25 – 130	Lớn hơn 6 Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3	F = 10 ­D 2	10,0 5,0 2,5	1000 250 62.5	30
	8-35	Lớn hơn 6 Từ 6 đến 3 Nhỏ hơn 3	F = 2.5 ­D 2	10,0 5,0 2,5	250 62.5 15.6	60

3/. Ưu Nhược Điểm:

a/Ưu điểm:

• Thử đơn giản,nhanh chóng.
• Vết lõm khi thử nhỏ, vì vậy không làm hư hỏng chi tiết sau khi thử.
• Giá thành mũi thử tương đối rẻ 

b/Nhược điểm: Do mũi thử bằng bi, nên chỉ dùng khi độ cứng vật liệu dưới 450HB, vật liệu cứng hơn thì sai số đo sẽ lớn.

Máy đo độ cứng BRINELL

•    Máy được dùng trong sản xuất. đo tự động, nhanh, chính xác.
• ·  Tải trọng tùy chọn
• ·  Chu kỳ kiểm tra tự động trong 6s, cho phép đo mức cao lên đến 450 mẫu 1 giờ
• ·  Giá trị độ cứng tự động cập nhật thông qua độ sâu của phần lõm vào

                                         

Nguồn: Tổng hợp;  www.calce.umd.edu;  www.gordonengland.co.uk