سختی سنجی برینل (BRINEL)

یكی از قدیمی ترین آزمایشات سختی سنجی، آزمایش برینل می باشد. اولین آزمون استاندارد و مورد قبول است که در سال 1900 توسط ج. ا. برینل ارائه شد .این آزمایش، یك آزمون سختی سنجی ایستایی می باشد كه عبارتست از فشردن یك ساچمه فولادی سخت بر روی سطح یك قطعه نمونه. در این آزمون معمولاَ از یك ساچمه به قطر 10 میلی متر از جنس فولاد سخت و یا كاربید تنگستن، برای اعمال یك بار بر روی سطح ماده استفاده می شود كه برای فلزات سخت، مقدار بار 3000 كیلوگرم، برای فلزات نیمه سخت 1500 كیلوگرم و برای نرم 500 كیلوگرم و یا كمتر می باشد.

تفاوت انواع مختلف این دستگاهها به شرح زیر است :

روش وارد آوردن بار، به عنوان مثال اعمال نیرو توسط فشار روغن، چرخ دنده و پیچ و یا استفاده از اهرم و وزنه

روش اجرای عملیات، به عنوان مثال استفاده از نیروی دست و یا نیروی ماشین

روش اندازه گیری بار وارده، به عنوان مثال استفاده از پیستون و وزنه، فشار سنج بوردون، نیروسنج و یا اهرم و وزنه

اندازه دستگاه، برای مثال دستگاه بزرگ و یا دستگاه كوچك (سیار و قابل حمل )

آزمایش برینل را می توان توسط یك دستگاه آزمون عمومی (یونیورسال) با اضافه كردن یك مبدل مناسب كه ساچمه را نگهدارد، انجام داد. آزمایش بر روی ورق های فلزی را می توان با استفاده از ابزارهای دستی مثل انبردست و  ساچمه و گیره فنری با قدرت 22 پوند انجام داد. برای انجام آزمایش برینل، قطعه نمونه را بر روی سندان قرار داده و سندان را بالا می برند به طوری كه یا ساچمه مماس شود. پمپ نمودن روغن به داخل سیلندر اصلی، سبب اعمال یك نیروی رو به پایین به پیستون اصلی دستگاه و در نتیجه فشار وارد آوردن بر روی ساچمه می شود. این فشار باعث فرو رفتن ساچمه بر روی سطح قطعه مورد آزمایش می گردد. پیستون كاملاَ روان، كار می نماید لذا تلفات اصطكاك قابل چشم پوشی است. با نصب یك فشار سنج بوردون، مقدار تقریبی بار وارده نشان داده می شود. هنگامی كه بار وارده، به مقدار مورد نظر برسد، وزنه تعادل بالای دستگاه با عمل یك پیستون كوچك، به بالا كشیده می شود. این عمل به منزله ضامن اطمینانی است كه بار زیادی بر روی ساچمه وارد نشود. در آزمایشات استاندارد، قطر حفره ایجاد شده توسط ساچمه، به وسیله یك میكروسكوپ میكرومتر و یا میكروسكوپ برینل كه یك صفحه شفاف مدرج در میان دید آن می باشد، اندازه گرفته می شود. آزمایش برینل معیار خوبی برای اندازه گیری سختی می باشد ولی دارای محدودیت هایی است. یكی از این محدودیت ها، مناسب نبودن آن برای مواد بسیار سخت می باشد. در این موارد، ساچمه اكثراَ تغییر شكل می دهد. همچنین برای قطعات خیلی نازك كه احتمالاَ عمق حفره ایجاد شده بیشتر از ضخامت قطعه باشد، این روش مناسب نمی باشد. یكی دیگر از محدودیت ها، مناسب نبودن آن برای قطعاتی است كه سطح آنها سخت شده باشد. در این موارد ممكن است عمق حفره ایجاد شده از ضخامت لایه سخت شده بیشتر باشد، و در نتیجه نرمی مغز قطعه، نتیجه آزمون را بی اعتبار نماید. در آزمایشات استاندارد، بار كامل بمدت 30 ثانیه بر روی فلزات آهنی و 60 ثانیه بر روی فلزات نرمتر وارد می آید. عدد سختی برینل، مقدار اسمی فشار بر واحد سطح حفره ایجاد شده برحسب كیلوگرم بر میلیمتر مربع می باشد. این عدد با تقسیم بار وارده بر سطح حفره ایجاد شده كه كره در نظر گرفته می شود محاسبه می گردد. مقدار بار وارده و قطر حفره ایجاد شده در فرمول زیر قرار داده می شود:

واگر d=D Sin ϕ باشد فرمول فوق به شکل زیر تصحیح می شود.

كه در این فرمول BHN عدد سختی برینل (كیلوگرم بر میلی مترمربع)، P مقدار بار اعمال شده (به كیلوگرم)، D قطر ساچمه (میلی متر) و d قطر حفره ایجاد شده به میلی متر می باشد. به منظور آزادی عمل قابل قبول در ازمایشات، این اعداد به گونه ای انتخاب شده اند كه با یكدیگر همپوشی داشته باشند. ضخامت قطعات نمونه جهت آزمایش نبایستی كمتر از ده برابر عمق حفره ایجاد شده باشد. چنانچه قطعات نازكتر بعنوان نمونه مورد آزمایش قرار گیرند، عدد سختی بدست آمده، در حقیقت عدد سختی اندازه گیری شده مربوط به سندان زیر قطعه مورد آزمایش می باشد. آزمایش برینل دارای محدودیت ها و معایبی نیز می باشد. یكی از این معایب این است كه این آزمایش، مخرب می باشد، زیرا بر روی نمونه آزمایش ، حفره ای بر جا  می ماند. در بیشتر موارد باقی ماندن این حفره، قطعه را غیرقابل استفاده می نماید. از طرف دیگر اكتریت دستگاه های آزمایش برینل سنگین هستند (بیشتر از 200 پوند) كه باعث ایجاد اشكال در جابجایی و  تحرك گردیده و مناسب استفاده در خارج از آزمایشگاه نمی باشد. همچنین دستگاه برینل نسبت به سایر دستگاه ها گرانتر می باشد. برای مثال یك دستگاه برینل ساده با متلقات و میكروسكوپ، معمولاَ بیش از 5000 دلار قیمت دارد. از طرف دیگر این آزمایش یك آزمایش نظری است كه عواملی مثل آموزش كاربران، تجربه و استعداد آنها در اندازه گیری ابعاد حفره ایجاد شده، ممكن است در نتایج آزمایش اثر داشته باشد. اگرچه این اثرات معمولا كم است، ولی نتایج خوانده شده توسط دو نفر از كاربران بر روی یك قطعه نمونه و در یك آزمایش، ممكن است به طور متوسط تا 10 درصد اختلاف داشته باشد. هم چنین لزوم محاسبه شده عدد برینل (BHN) بجای خواندن مستقیم، یك محدودیت و نقص محسوب می شود.

از طرفی آزمایش برینل هم محاسنی دارد، چون قدمت آن زیاد و كاملاَ جا افتاده است، بیشتر مردم با آن آشنایی داشته و عموماَ نتایج آزمایشات برینل، در صنایع مورد قبول واقع گردیده است. این آزمایش را می توان سریع و معمولا در كمتر از دو دقیقه انجام داد. صرفنظر از قیمت و هزینه اولیه دستگاه، انجام آزمایش معمولا ارزان تمام می شود و در نهایت وجود نقایص درونی مواد از جمله وجود یك نقطه سخت و یا یك حفره ، اثر بزرگی در نتیجه آزمایش برینل نخواهد داشت.

اثر بزرگ (فرورفتگی) آزمون برینل، سبب می شود تا این روش برای تعیین سختی قطعات کوچک و قطعاتی که تحت تنش بحرانی هستند مناسب نباشد، زیرا ممکن است این قطعات در حین آزمون بشکنند.روش برینل برای آزمودن مواد خیلی سخت مناسب نیست. با نزدیک شدن سختی ماده مورد آزمایش، به سختی فرورونده کروی، احتمال تغییر شکل فرورونده مطرح می شود. آزمون برینل برای آزمایش موادی تا درجه سختی BHN 400 مناسب است و برای فلزاتی با سختی بالاتر از BHN 500 توصیه نمی شود.

بسته محاسبه سختی برینل