Brinell keménységteszter: elv, szerkezet és alkalmazások

A Brinell keménységtesztelő az egyik legrégebbi és legszélesebb körben elismert műszer a fém anyagok behúzási keménységének mérésére. Johan August Brinell svéd mérnök által talált fel 1900-ban, ez a vizsgálati berendezés az anyagtudomány, a mechanikai gyártás és a minőségi ellenőrzés alapvető eszközévé vált, és vizsgálati módszerét az ISO 6506 és az ASTM E10 szerinti szabványosították világszerte.

A működési elv aBrinell keménységvizsgálóstatikus behelyezésen alapul. A gömb alakú behúzó, általában egy volfrám-karbid golyó (HBW) vagy keményített acél golyó, függőlegesen nyomják a tesztminta csiszolt felületébe előre beállított stabil terhelés alatt. A terhelést egy bizonyos tartózkodási időig tartják fenn, majd eltávolítják. A kirakodás után az anyagfelületen kör alakú behúzódás marad. Az operátorok optikai mikroszkóppal mérik ennek a behúzódásnak az átmérőjét. A Brinell keménységi számot (HBW) az alkalmazott terhelés megosztásával számítják ki a behúzás görbült felületi területével. Egy keményebb anyag kisebb behelyezési átmérőt és magasabb HBW értéket hoz létre, míg a lágyabb anyagok nagyobb behelyezéseket alkotnak alacsonyabb keménységi értékekkel.

A teljes Brinell keménységtesztelő általában három alaprészből áll: a terhelési rendszer, a behúzó szerelvény és az optikai mérőegység. A szabványos golyós belépőknek több opcionális átmérője van, mint például 10 mm, 5 mm és 2,5 mm. A különböző vizsgálati terheléseket az anyagtípusok szerint választják ki: 3000 kgf általában az acél és öntöttvas esetén használják, míg 500 kgf alkalmas puha fémekre, mint az alumínium és a réz ötvözetek. A tesztelés előtt a munkadarab felületét tisztítani és laposítani kell az olaj, a rozsda és a karcolások megszüntetése érdekében, ami elkerülheti a behúzódás mérésében bekövetkező hibákat.

A Brinell keménységvizsgálat legnagyobb előnye viszonylag nagy behúzódása. Ellentétben a Rockwell vagy Vickers tesztekkel, amelyek apró helyi területekre összpontosítanak, a nagy benyomás több gabonát és mikrohibát fed le. Ezért a Brinell vizsgálat tükrözheti a heterogén és durva szemenyű anyagok átlagos keménységét. Különösen alkalmas öntésekre, kovácsolásokra, nem vasötvözetekre és alacsony szén-dioxid-kibocsátású acélra, olyan anyagokra, ahol a mikrokeménységvizsgálatok gyakran nem adnak reprezentatív eredményeket. Azt is tesztelni néhány kemény nem fém anyagok, beleértve a kemény műanyagok és bakelit.

Mindazonáltal a Brinell keménységtesztelőnek nyilvánvaló korlátai vannak. Nem használható rendkívül kemény anyagokra, mert a gömb alakú behúzó nehéz terhelés alatt deformálhat. Ezenkívül a vizsgálat látható jelet hagy a munkadarab felületén, így nem alkalmazható olyan kész alkatrészekre, amelyek sértetlen felületeket igényelnek. Az egész vizsgálati eljárás több időt vesz igénybe, mint a Rockwell keménységvizsgálat, mivel további lépésekre van szükség a behúzódás megfigyelésére és kiszámítására.

Ma a Brinell keménységtesztelők széles körben alkalmazhatók öntőgyárakban, gépgyárakban, anyaglaboratóriumokban és egyetemi kutatóközpontokban. A nyersanyag bejövő ellenőrzésétől a termék minőségének ellenőrzéséig a Brinell keménységi adatok segítenek a mérnököknek az anyag tulajdonságainak értékelésében, a megfelelő feldolgozási paraméterek kiválasztásában és a mechanikai alkatrészek biztonságának biztosításában. Még a születése óta több mint egy évszázad után is a Brinell keménységtesztelő még mindig felválthatatlan státuszt fenntart az ipari anyagvizsgálatokban.