ГОСТ 9012-59

ГОСТ 9012-59 — это межгосударственный стандарт, устанавливающий метод измерения твёрдости металлов по Бринеллю (HBW). Стандарт регламентирует порядок вдавливания стального закалённого шарика в поверхность образца под действием статической нагрузки, последующего измерения диаметра отпечатка и расчёта числа твёрдости. Документ введён в действие с 1 января 1960 года, действует на территории Российской Федерации и стран СНГ, является обязательным для применения в машиностроении, металлургии и смежных отраслях.

История

Метод измерения твёрдости по Бринеллю был предложен шведским инженером Юханом Августом Бринеллем в 1900 году. В СССР первые стандарты на этот метод появились в 1930-х годах. ГОСТ 9012-59 был разработан на основе предшествующего ГОСТ 9012-49 и введён в действие постановлением Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР. В 1990-е годы стандарт был переутверждён в статусе межгосударственного (ГОСТ) для стран СНГ. В Российской Федерации он действует в редакции 1992 года с изменениями, внесёнными в 2005 и 2010 годах. В 2019 году была утверждена новая редакция — ГОСТ 9012-2019, которая заменила ГОСТ 9012-59, однако на практике последний продолжает применяться в ряде отраслей и в учебных целях.

Сущность метода

Метод Бринелля основан на вдавливании в испытуемый образец твёрдосплавного шарика (для сталей и чугунов) или стального закалённого шарика (для цветных металлов) под действием статической нагрузки. После снятия нагрузки на поверхности образца остаётся сферический отпечаток. Число твёрдости по Бринеллю (HBW) вычисляется как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка. Расчёт производится по формуле:

\[ HBW = \frac{2F}{\pi D (D - \sqrt{D^2 - d^2})} \]

где:

• \(F\) — нагрузка, Н (кгс);
• \(D\) — диаметр шарика, мм;
• \(d\) — средний диаметр отпечатка, мм.

Условия испытания

Образцы

• Толщина образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.
• Поверхность образца должна быть плоской, чистой, без окалины и масляных плёнок.
• Для испытания применяются образцы с шероховатостью не более Ra 1,25 мкм.

Оборудование

• Твёрдомер по Бринеллю — пресс, обеспечивающий плавное приложение нагрузки.
• Шарики диаметром 10; 5; 2,5; 2; 1 мм из закалённой стали (твёрдость не менее 850 HV) или твёрдого сплава (для твёрдых материалов).
• Измерительный микроскоп с ценой деления 0,01 мм для измерения диаметра отпечатка.

Режимы нагружения

Стандарт устанавливает три основных режима в зависимости от материала:

Допускается применение нагрузок 750, 250, 62,5 кгс и других при использовании шариков меньшего диаметра.

Порядок проведения испытания

1. Образец устанавливают на столик твёрдомера.
2. Шарик приводят в контакт с поверхностью образца.
3. Плавно прикладывают предварительную нагрузку (около 10 % от основной).
4. Прикладывают основную нагрузку с заданной скоростью (не более 5 мм/с).
5. Выдерживают под нагрузкой в течение установленного времени.
6. Снимают нагрузку.
7. Измеряют диаметр отпечатка в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
8. Вычисляют среднее арифметическое значение диаметра.
9. По таблицам стандарта или формуле определяют число твёрдости HBW.

Обозначение твёрдости

Число твёрдости записывается без единиц измерения, с указанием условий испытания. Примеры:

• 250 HBW 10/3000/15 — твёрдость 250, измерена шариком диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кгс и выдержке 15 с.
• 95 HBW 5/250/30 — твёрдость 95, шарик 5 мм, нагрузка 250 кгс, выдержка 30 с.

Для старых испытаний (до 1990-х годов) использовалось обозначение HB (без W), где применялся стальной шарик. Для твёрдосплавных шариков — HBW.

Диапазон измерений

Метод Бринелля по ГОСТ 9012-59 применим для материалов с твёрдостью от 8 до 450 HBW. Для более твёрдых материалов (свыше 450 HBW) рекомендуется использовать метод Роквелла (ГОСТ 9013) или Виккерса (ГОСТ 2999). Для мягких материалов (менее 8 HBW) — метод Шора (ГОСТ 23273).

Погрешность и точность

• Погрешность измерения диаметра отпечатка — не более ±0,01 мм.
• Относительная погрешность определения числа твёрдости — не более ±3 % при соблюдении всех условий.
• Разброс результатов на одном образце не должен превышать 5 % от среднего значения.

Применение

ГОСТ 9012-59 широко применяется в:

• машиностроении — контроль качества деталей из стали, чугуна, цветных сплавов;
• металлургии — приёмка проката, поковок, отливок;
• ремонтных службах — оценка состояния изношенных деталей;
• научных исследованиях — изучение свойств новых материалов.

Метод Бринелля даёт усреднённую характеристику твёрдости по площади отпечатка, что важно для неоднородных материалов (например, чугуна с графитом).

Ограничения

• Неприменим для тонкостенных деталей (толщина менее 1 мм) — требуется использование шариков малого диаметра.
• Неприменим для готовых изделий с обработанной поверхностью (остаётся заметный отпечаток).
• Неприменим для поверхностно-упрочнённых слоёв (цементация, азотирование) — метод даёт среднюю твёрдость на глубину до нескольких миллиметров.
• Требует плоской поверхности — не подходит для криволинейных деталей без специальной подготовки.

Интересные факты

• В СССР и России метод Бринелля был основным для контроля твёрдости стальных деталей до 1970-х годов, когда началось активное внедрение метода Роквелла.
• ГОСТ 9012-59 является одним из немногих советских стандартов, который сохранил практическое значение в XXI веке, несмотря на появление более современных методов.
• В международной практике аналогом является стандарт ISO 6506-1:2014, который отличается некоторыми деталями (например, обязательным использованием твёрдосплавных шариков).

Источники

1. ГОСТ 9012-59 «Металлы. Метод измерения твёрдости по Бринеллю» (с изменениями 1992, 2005, 2010 гг.).
2. ГОСТ 9012-2019 «Металлы. Метод измерения твёрдости по Бринеллю» (действующая редакция).
3. «Металловедение и термическая обработка стали» / под ред. М. Л. Бернштейна, А. Г. Рахштадта. — М.: Металлургия, 1983.
4. «Механические свойства металлов» / Ю. Я. Мешков. — Киев: Наукова думка, 1981.
5. ISO 6506-1:2014 «Metallic materials — Brinell hardness test — Part 1: Test method».