Твёрдость
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела, а также свойство более твёрдого тела проникать в другие материалы.
Твёрдость определяется как величина нагрузки необходимой для начала разрушения минерала. Различают относительную и абсолютную твёрдость.
Относительная - тв. одного минерала относительно другого. Является важнейшим диагностическим свойством.
Абсолютная, она же инструментальная- изучается следствием вдавливания.
Физические механизмы, определяющие твёрдость веществПравить
Твёрдость зависит от:
1) Межатомных расстояний.
2) Координационного числа - чем выше число, тем выше твёрдость.
3) Валентности.
4) Природы химической связи
5) От направления (например минерал дистен - вдоль его твёрдость 4, а поперёк 7)
6) Хрупкости и ковкости
7) Гибкости - минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется. Пр: "тальк"
8) Упругости - минерал сгибается, но выпрямляется. Пр: "слюды"
9) Вязкости - минерал трудно сломать. Пр:"жадент"- разновидность пироксена.
10) Спаянности
Примеры вешеств с различной твёрдостьюПравить
Наиболее твёрдым из существующих на сегодняшний день материалов является ультратвёрдый фуллерит (примерно в 1,17—1,52 твёрже алмаза). Однако этот материал доступен только в микроскопических количествах. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса, см. ниже)[1]
Методы измерения твёрдостиПравить
Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения):
- Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части сферы, а не как площадь круга); единицей твёрдости служит кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твёрдость, англ.), B — наименование шкалы;
- Метод Роквелла — твёрдость определяется по глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твёрдость, определённая по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твёрдость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, бесконечной твёрдости соответствует HR 100; мягкие материалы могут иметь отрицательные значения твёрдости.
- Метод Виккерса — твёрдость определяется по размеру отпечатка, оставляемого четырёхугольной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение усилия, приложенного к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь квадрата); единицей твёрдости служит кгс/мм². Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;
- Метод Шора — твёрдость определяется по высоте отскакивания стального шарика от поверхности изучаемого металла или по глубине введения алмазной иглы под действием пружины. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HSD;
- метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл;
- Шкала Мооса — используется главным образам для указания твёрдости минералов, определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый, и какой материал из десяти стандартных царапается тестируемым.
В России стандартизированы четыре первые шкалы твёрдости. Первые три перечисленных метода относятся к методам вдавливания, методы Шора и Кузнецова — Герберта — Ребиндера — к динамическим методам определения твёрдости. Значения твёрдости, определённые по методам вдавливания, можно пересчитать из одной шкалы в другую. Конкретный способ определения твёрдости выбирается исходя из свойств материала, имеющейся аппаратуры и др.
Для инструментального определения твёрдости методом вдавливания используются твердометры. Большим плюсом твёрдости как характеристики материала является то, что методы определения твёрдости являются неразрушающими и занимают мало времени.
Нормативные документыПравить
- ГОСТ 8.062—85 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Бринелля»
- ГЭТ 33—85 «Государственный специальный эталон единиц твердости по шкалам Бринелля»