Hva er hardere, granitt eller marmor, nikkel eller aluminium? Og hva er hardhet egentlig? Vi vil prøve å svare på disse spørsmålene i artikkelen vår. En rekke utenlandske forskere behandlet problemet med å bestemme hardheten til mineraler og stoffer. Blant dem er Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers m.fl. Den eneste og allment aksepterte metoden for å beregne hardhet i vitenskapen eksisterer imidlertid fortsatt ikke.
Hva er hardhet?
Hvert av stoffene kjent for vitenskapen har en rekke spesifikke fysiske egenskaper og kvaliteter. Denne artikkelen vil diskutere hva hardhet er. Dette er evnen til et materiale til å motstå penetrering av en annen, mer holdbar kropp inn i det (for eksempel et skjære- eller piercingverktøy).
Hardheten til stoffer måles oftest i spesielle enheter - kgf/mm2 (kilogram-kraft per kvadratmillimeter areal). Den er betegnet med latinske bokstaver HB, HRC eller HRB, avhengig av den valgte skalaen.
Det hardeste mineralet på jorden er diamant. Hvis vi snakker om materialer av kunstig opprinnelse, er den mest holdbare fulleritt. Det er en molekylær krystall som dannes ved høye temperaturer (ca. 300 grader Celsius) og ekstremt høye trykk (over 90 000 atmosfærer). I følge forskere er fulleritt omtrent halvannen ganger hardere enn diamant.
Hva er hardhet?
Det er tre hovedhardhets alternativer:
- Overflate (bestemt av forholdet mellom belastningen og overflaten på utskriften).
- Projeksjon (forholdet mellom belastningen og projeksjonsområdet til avtrykket).
- Volum (last til utskriftsvolumforhold).
I tillegg til dette måles hardheten til fysiske kropper i fire områder:
- Nanohardhet (belastning mindre enn 1 gf).
- Mikrohardhet (1 – 200 gf).
- Hardhet ved lav belastning (200 gf - 5 kgf).
- Makrohardhet (mer enn 5 kgf).
Hardhet av metaller
Av 104 elementer i Mendeleevs periodiske system, er 82 metaller. Og det totale antallet legeringer kjent for mennesket når fem tusen! Omfanget av metaller i den moderne verden er utrolig bredt. Dette er militær og kjemisk industri, metallurgi, elektroteknikk, romfartsindustri, smykker, skipsbygging, medisin osv.
Blant alle de fysiske og kjemiske egenskapene til metaller er hardheten langt fra den sisterolle. Hun demonstrerer tross alt tydelig:
- grad av slitestyrke for metallet;
- trykkmotstand;
- evnen til å kutte andre materialer.
Hårdheten til et metall viser blant annet om det kan bearbeides på enkelte maskiner, om det kan poleres og lignende. For øvrig har forskere lenge bevist at hardheten til et metall i stor grad bestemmer dets andre mekaniske egenskaper.
Hva er hardheten til jern, kobber og aluminium? Og hvilket metall er det hardeste og mest holdbare?
Magnesium og aluminium er blant de mykeste metallene. Hardhetsverdiene deres varierer innenfor 5 kgf/mm2. Omtrent dobbelt så hardt - nikkel og kobber (ca. 10 kgf/mm2). Hardheten til jern er beregnet til 30 kgf/mm2. Vel, de hardeste metallene av naturlig opprinnelse inkluderer titan, osmium og iridium.
Bestemmelse av hardhet: metoder, metoder og tilnærminger
Hvordan måles hardheten til en fysisk kropp? For å gjøre dette introduseres en såk alt indenter i prøven. Dens rolle kan spilles av en kraftig metallkule, pyramide eller diamantkjegle. Etter den direkte kontakteffekten av indenteren, gjenstår et avtrykk på testprøven, hvis størrelse bestemmer hardheten til materialet.
I praksis brukes to grupper med metoder for å måle hardhet:
- Dynamisk.
- Kinetic.
I dette tilfellet kan den påførte belastningen under innføringen av indenteren i kroppen utføresved å skrape, rykke inn (oftest), kutte eller sprette tilbake.
I dag er det flere forskjellige tilnærminger til å bestemme hardhet:
- Rockwell;
- Brinell;
- ifølge Vickers;
- by Shore;
- ifølge Mohs.
Følgelig finnes det en rekke forskjellige hardhetsskalaer for materialer, det er ingen direkte sammenheng mellom dem. En eller annen målemetode velges basert på en rekke faktorer (for eksempel egenskapene til et bestemt materiale, betingelsene for eksperimentet, utstyret som brukes, etc.). Enheter som bestemmer hardheten til metaller eller mineraler kalles ofte hardhetstestere.
Rockwell-metoden
Rockwell-hardhetsverdien bestemmes av dybden på fordypningen til en diamantkjegle eller metallkule som er igjen på overflaten av teststykket. Dessuten er den dimensjonsløs og betegnes med bokstavene HR. Materialer som er for myke kan ha negative hardhetsverdier.
Den såk alte Rockwell hardhetstester ble oppfunnet i begynnelsen av forrige århundre av amerikanerne Hugh Rockwell og Stanley Rockwell. Du kan se hvordan det fungerer i følgende video. En kritisk faktor for denne metoden er tykkelsen på prøven. Det bør ikke være mindre enn ti ganger penetreringsdybden til innrykk inn i testlegemet.
Avhengig av type innrykk og påført belastning, er det tre måleskalaer. De er betegnet med tre latinske bokstaver: A, B og C. Rockwell-hardhetsverdien har en numerisk form. For eksempel: 25,5 HRC (sistebokstaven indikerer skalaen som ble brukt i testen).
Brinell-metode
Brinell-hardhetsverdien bestemmes av diameteren på avtrykket etter en herdet stålkule på overflaten av metallet som testes. Måleenheten er kgf/mm2.
Metoden ble foreslått i 1900 av den svenske ingeniøren Johan August Brinell. Testen utføres som følger: først settes forhåndsbelastningen til indenteren på prøven, og først da - den viktigste. Dessuten kan materialet under denne belastningen tåle opptil 30 sekunder, hvoretter dybden av innrykk måles. Brinell-hardhet (referert til som HB) beregnes som forholdet mellom påført belastning og overflatearealet til den resulterende utskriften.
Noen hardhetsverdier for forskjellige materialer (ifølge Brinell):
- Wood – 2, 6-7, 0 HB.
- Aluminium - 15 HB.
- Kobber – 35 HB.
- Milt stål - 120 HB.
- Glass – 500 HB.
- Verktøystål - 650-700 HB.
Vickers-metoden
Hardhet i henhold til Vickers-metoden bestemmes ved å trykke en diamantspiss inn i prøven, som har formen av en vanlig firkantet pyramide. Etter at lasten er fjernet, måler du de to diagonalene som er dannet på overflaten av materialet og beregner den aritmetiske middelverdien d (i millimeter).
Vickers hardhetstester er ganske kompakt (se bildet nedenfor). Testen utføres ved romtemperatur (+20 grader). Hardhetsverdien til kroppen er angitt med bokstavene HV.
Shor-metode
Denne metoden for å måle hardhet ble foreslått av den amerikanske oppfinneren Albert Shor. Det blir også ofte referert til som "rebound-metoden". Ved måling av Shore-hardhet slippes en slagstift av standard størrelse og masse fra en viss høyde på overflaten av materialet som testes. Nøkkelverdien til dette eksperimentet er returhøyden til angriperen, målt i konvensjonelle enheter.
Shore-hardhet måles i området fra 20 til 140 enheter. Ett hundre enheter tilsvarer en tilbakeslagshøyde på 13,6 mm (± 0,5 mm). I henhold til standarden er denne verdien hardheten til herdet karbonstål. En moderne enhet for å måle hardheten til materialer i henhold til Shore kalles et skleroskop eller durometer (det kan sees på bildet nedenfor).
Mohs-skala
Mohs hardhetsskala er relativ og gjelder utelukkende for mineraler. Ti mineraler ble valgt ut som referansemineraler, som ble ordnet i rekkefølge etter økende hardhet (i bildediagrammet nedenfor). Følgelig har skalaen 10 poeng (fra 1 til 10).
Den mineralogiske hardhetsskalaen ble foreslått av den tyske forskeren Friedrich Moos tilbake i 1811. Likevel brukes den fortsatt i geologi.
Hvordan bestemmer jeg hardheten til et bestemt mineral på Mohs-skalaen? Dette kan gjøres ved å nøye undersøke ripen etter prøven. Det er praktisk å bruke en negl, en kobbermynt, et glassstykke eller en stålkniv.
Så hvisdet testede mineralet skriver på papir uten å skrape det, så er hardheten lik én. Hvis steinen lett blir ripet opp med en negl, er hardheten 2. Tre punkter har mineraler som lett ripes opp med en kniv. Hvis du trenger å anstrenge deg for å sette et merke på steinen, er hardheten 4 eller 5. Mineraler med en hardhet på 6 eller høyere etterlater selv riper på knivbladet.
Til konklusjon…
Så hva er hardhet? Dette er evnen til en fysisk kropp til å motstå ødeleggelse og deformasjon under påvirkning av lokale kontaktkrefter. Det hardeste mineralet på jorden anses å være diamant, og det mest holdbare metallet er iridium. I moderne vitenskap og teknologi brukes flere metoder for hardhetsmåling (ifølge Brinell, Rockwell, Vickers, Shore og Mohs).
