ГОСТ 24621-91

ГОСТ 24621-91 — это межгосударственный стандарт, устанавливающий метод определения твёрдости пластмасс при вдавливании шарика (метод Бринелля). Стандарт введён в действие на территории Российской Федерации с 1 января 1993 года и является аутентичным переводом международного стандарта ISO 2039-1:1987 «Пластмассы. Определение твёрдости. Часть 1. Метод вдавливания шарика». Документ распространяется на жёсткие и полужёсткие пластмассы и регламентирует процедуру измерения твёрдости как сопротивление материала вдавливанию стального шарика под действием статической нагрузки.

Область применения

ГОСТ 24621-91 применяется для контроля качества пластмассовых изделий и сырья в лабораторных и производственных условиях. Метод пригоден для испытаний термопластов, реактопластов, листовых, плитных и фасонных материалов, а также композитов на полимерной основе. Стандарт не распространяется на мягкие и эластичные пластмассы, для которых применяются другие методы (например, определение твёрдости по Шору). Результаты измерений, полученные по ГОСТ 24621-91, не могут быть напрямую пересчитаны в значения твёрдости по другим шкалам (Роквелл, Виккерс), однако существуют эмпирические корреляции для некоторых групп материалов.

Сущность метода

Метод заключается во вдавливании стального закалённого шарика определённого диаметра в поверхность образца пластмассы под действием заданной нагрузки и последующем измерении диаметра отпечатка. Твёрдость по Бринеллю (HB) вычисляется как отношение приложенной силы к площади поверхности сферического отпечатка. Формула расчёта:

\[ HB = \frac{F}{\pi \cdot D \cdot h} \]

где:

• \(F\) — нагрузка, Н;
• \(D\) — диаметр шарика, мм;
• \(h\) — глубина отпечатка, мм (вычисляется по измеренному диаметру отпечатка \(d\)).

Глубина отпечатка определяется по формуле: \(h = \frac{D - \sqrt{D^2 - d^2}}{2}\).

Оборудование и материалы

Для проведения испытаний по ГОСТ 24621-91 требуется следующее оборудование:

• Твёрдомер — прибор, обеспечивающий плавное приложение нагрузки и её поддержание в течение заданного времени. Допускается погрешность нагрузки не более ±1 %.
• Стальной шарик — диаметром 5,0 мм (основной) или 10,0 мм (для мягких материалов). Твёрдость шарика должна быть не менее 800 HV. Шарик должен быть отполирован и не иметь дефектов поверхности.
• Измерительный микроскоп — с ценой деления не более 0,01 мм для измерения диаметра отпечатка.
• Образец для испытаний — пластина или деталь толщиной не менее 4 мм (или не менее 6 мм для шарика 10 мм). Поверхность образца должна быть плоской, гладкой, без трещин и расслоений.

Подготовка и проведение испытания

Кондиционирование образцов

Перед испытанием образцы выдерживают в стандартных атмосферных условиях (температура 23±2 °C, относительная влажность 50±5 %) не менее 16 часов, если иное не установлено нормативной документацией на конкретный материал. Допускается испытание при других температурах, но это должно быть указано в протоколе.

Выбор нагрузки

Нагрузка выбирается в зависимости от ожидаемой твёрдости материала. Стандарт рекомендует следующие значения:

• Для жёстких пластмасс — 49 Н (5 кгс) или 98 Н (10 кгс).
• Для полужёстких — 24,5 Н (2,5 кгс) или 49 Н.
• Для мягких — 9,8 Н (1 кгс) или 24,5 Н.

Нагрузка должна быть такой, чтобы диаметр отпечатка \(d\) находился в пределах от 0,25D до 0,6D. Если отпечаток выходит за эти границы, нагрузку корректируют.

Процедура

1. Образец помещают на опорный столик прибора.
2. Шарик приводят в контакт с поверхностью образца с предварительной нагрузкой не более 0,5 Н.
3. Основную нагрузку прикладывают плавно, без удара, в течение 2–5 секунд.
4. Нагрузку выдерживают в течение 30±2 секунд (для термопластов) или 60±2 секунд (для реактопластов), если иное не оговорено.
5. После снятия нагрузки измеряют диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях. За результат принимают среднее арифметическое.

Количество измерений

Проводят не менее пяти измерений на разных участках образца. Расстояние между центрами соседних отпечатков должно быть не менее 4d, а от края образца — не менее 2,5d.

Обработка результатов

Твёрдость по Бринеллю вычисляют для каждого отпечатка. За окончательный результат принимают среднее арифметическое всех измерений, округлённое до 0,1 МПа. В протоколе испытаний указывают:

• марку и тип материала;
• условия кондиционирования;
• диаметр шарика и нагрузку;
• время выдержки под нагрузкой;
• среднее значение твёрдости и разброс результатов.

Ограничения метода

Метод по ГОСТ 24621-91 имеет ряд ограничений:

• Неприменим для материалов, дающих упругую деформацию (эластомеры, пенопласты).
• Требует плоской и гладкой поверхности образца — шероховатость не должна превышать Ra 0,8 мкм.
• Результаты зависят от скорости приложения нагрузки и времени выдержки, поэтому строгое соблюдение режима критично.
• При толщине образца менее 4 мм возможно влияние подложки (эффект наковальни), что искажает результат.

Сравнение с другими стандартами

ГОСТ 24621-91 является аналогом ISO 2039-1. В России также действует ГОСТ Р 56649-2015 (метод Роквелла) и ГОСТ 24622-91 (метод Шора). Метод Бринелля предпочтителен для толстостенных изделий и материалов с неоднородной структурой, так как отпечаток большого диаметра усредняет свойства материала. Для тонких плёнок и покрытий применяют микротвёрдость (ГОСТ 9450-76).

Значение в промышленности

Стандарт широко используется в машиностроении, электротехнике, строительстве и производстве товаров народного потребления. Контроль твёрдости по ГОСТ 24621-91 позволяет оценить износостойкость, способность к механической обработке и долговечность пластмассовых деталей. В сертификационных испытаниях полимерных материалов (например, для труб, корпусов приборов, подшипников скольжения) метод Бринелля часто является обязательным.

Источники

• ГОСТ 24621-91 «Пластмассы. Определение твёрдости при вдавливании шарика».
• ISO 2039-1:1987 «Plastics — Determination of hardness — Part 1: Ball indentation method».
• ГОСТ 9450-76 «Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников».
• Справочник по физико-механическим испытаниям пластмасс. Под ред. В. А. Попова. — М.: Химия, 1988.