أيهما أصعب ، جرانيت أم رخام ، نيكل أم ألمنيوم؟ وما هي الصلابة على أي حال؟ سنحاول الإجابة على هذه الأسئلة في مقالتنا. تناول عدد من العلماء الأجانب مشكلة تحديد قساوة المعادن والمواد. ومن بينهم ألبرت شور وفريدريك موس ويوهان أوجست برينل وويليام فيكرز وآخرين. ومع ذلك ، فإن الطريقة الوحيدة المقبولة عمومًا لحساب الصلابة في العلم لا تزال غير موجودة.
ما هي الصلابة؟
كل مادة معروفة للعلم لها عدد من الخصائص والصفات الفيزيائية المحددة. ستناقش هذه المقالة ماهية الصلابة. هذه هي قدرة المادة على مقاومة اختراق جسم آخر أكثر متانة بداخلها (على سبيل المثال ، أداة القطع أو الثقب).
غالبًا ما يتم قياس صلابة المواد بوحدات خاصة - kgf / mm2(كيلوغرام قوة لكل مليمتر مربع من المساحة). تم تحديده بالأحرف اللاتينية HB أو HRC أو HRB ، اعتمادًا على المقياس المختار.
أصعب معدن على وجه الأرض هو الماس. إذا تحدثنا عن مواد ذات أصل صناعي ، فإن أكثر المواد ديمومة هي الفوليريت. إنه بلورة جزيئية تتشكل عند درجات حرارة عالية (حوالي 300 درجة مئوية) وضغوط عالية للغاية (أكثر من 90.000 الغلاف الجوي). وفقًا للعلماء ، فإن الفوليريت أصلب بحوالي مرة ونصف من الماس.
ما هي الصلابة؟
هناك ثلاثة خيارات صلابة رئيسية:
- السطح (تحدده نسبة الحمولة إلى مساحة سطح الطباعة).
- الإسقاط (نسبة الحمل إلى منطقة إسقاط البصمة).
- حجم (تحميل إلى نسبة حجم الطباعة).
إلى جانب ذلك ، يتم قياس صلابة الأجسام المادية في أربعة نطاقات:
- صلابة النانو (تحميل أقل من 1 gf).
- متناهية الصغر (1 - 200 غم).
- صلابة عند الأحمال المنخفضة (200 جم - 5 كجم ثقلي).
- صلابة كبيرة (أكثر من 5 كجم ثقلي).
صلابة المعادن
من بين 104 عنصرًا من نظام مندليف الدوري ، 82 منها عبارة عن معادن. والعدد الإجمالي للسبائك التي يعرفها الإنسان يصل إلى خمسة آلاف! نطاق المعادن في العالم الحديث واسع بشكل لا يصدق. هذه هي الصناعات العسكرية والكيميائية ، والتعدين ، والهندسة الكهربائية ، وصناعة الفضاء ، والمجوهرات ، وبناء السفن ، والطب ، وما إلى ذلك.
من بين جميع الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمعادن ، فإن الصلابة بعيدة عن سابقتهاوظيفة. بعد كل شيء ، توضح بوضوح:
- درجة مقاومة التآكل للمعدن ؛
- مقاومة الضغط
- قدرتها على قص المواد الأخرى
من بين أشياء أخرى ، تُظهر صلابة المعدن ما إذا كان يمكن معالجته على أجهزة معينة ، وما إذا كان يمكن صقله وما شابه. بالمناسبة ، أثبت العلماء منذ فترة طويلة أن صلابة المعدن تحدد إلى حد كبير خواصه الميكانيكية الأخرى.
ما هي صلابة الحديد والنحاس والألمنيوم؟ وما هو المعدن الأصعب والأكثر متانة؟
المغنيسيوم والألمنيوم من أنعم المعادن. تختلف قيم صلابتها في حدود 5 kgf / mm2. ضعف صلابة النيكل والنحاس (حوالي 10 كجم ق / مم2). تقدر صلابة الحديد بـ 30 kgf / mm2. حسنًا ، أصعب المعادن من أصل طبيعي تشمل التيتانيوم والأوزميوم والإيريديوم.
تحديد الصلابة: الطرق والأساليب والنهج
كيف يتم قياس صلابة الجسم المادي؟ للقيام بذلك ، يتم إدخال ما يسمى إيندينتر في العينة. يمكن لعب دورها بواسطة كرة معدنية شديدة التحمل أو هرم أو مخروط ماسي. بعد تأثير الاتصال المباشر لل indenter ، تبقى بصمة على عينة الاختبار ، حجمها الذي يحدد صلابة المادة.
في الممارسة العملية ، يتم استخدام مجموعتين من طرق قياس الصلابة:
- ديناميكي.
- الحركية.
في هذه الحالة ، يمكن تنفيذ الحمل المطبق أثناء إدخال إندينتر في الجسمعن طريق الخدش أو التثليم (في أغلب الأحيان) أو القطع أو الارتداد.
اليوم هناك عدة طرق مختلفة لتحديد الصلابة:
- روكويل ؛
- برينل ؛
- وفقًا لفيكرز ؛
- من شور ؛
- وفقًا لموس.
وفقًا لذلك ، يوجد عدد من مقاييس صلابة المواد المختلفة ، ولا توجد علاقة مباشرة بينهما. يتم اختيار طريقة قياس أو أخرى بناءً على عدد من العوامل (على سبيل المثال ، خصائص مادة معينة ، وظروف التجربة ، والمعدات المستخدمة ، وما إلى ذلك). الأجهزة التي تحدد صلابة المعادن أو المعادن تسمى عادة أجهزة اختبار الصلابة.
طريقة روكويل
يتم تحديد قيمة صلابة روكويل من خلال عمق المسافة البادئة لمخروط الماس أو الكرة المعدنية المتروكة على سطح قطعة الاختبار. علاوة على ذلك ، فهي بلا أبعاد ويشار إليها بالحروف HR. المواد اللينة جدًا قد تحتوي على قيم صلابة سالبة.
اخترع ما يسمى باختبار صلابة روكويل في بداية القرن الماضي من قبل الأمريكيين هيو روكويل وستانلي روكويل. يمكنك أن ترى كيف يعمل في الفيديو التالي. العامل الحاسم لهذه الطريقة هو سمك عينة الاختبار. لا ينبغي أن يقل عمق الاختراق للاندنتر في جسم الاختبار بعشرة أضعاف.
اعتمادًا على نوع المسافة البادئة والحمل المطبق ، هناك ثلاثة مقاييس للقياس. تم تحديدها بثلاثة أحرف لاتينية: A و B و C. قيمة صلابة Rockwell لها شكل رقمي. على سبيل المثال: 25.5 HRC (lastيشير الحرف إلى المقياس الذي تم استخدامه في الاختبار).
طريقة برينل
يتم تحديد قيمة صلابة برينل من خلال قطر الانطباع الذي تتركه كرة فولاذية صلبة على سطح المعدن الذي يتم اختباره. وحدة القياس kgf / mm2.
الطريقة تم اقتراحها في عام 1900 من قبل المهندس السويدي يوهان أوغست برينل. يتم إجراء الاختبار على النحو التالي: أولاً ، يتم تعيين التحميل المسبق لل indenter على العينة ، وبعد ذلك فقط - الاختبار الرئيسي. علاوة على ذلك ، يمكن للمادة الموجودة تحت هذا الحمل أن تتحمل ما يصل إلى 30 ثانية ، وبعد ذلك يتم قياس عمق المسافة البادئة. يتم حساب صلابة برينل (يشار إليها باسم HB) على أنها نسبة الحمل المطبق إلى مساحة سطح الطباعة الناتجة.
بعض قيم الصلابة للمواد المختلفة (وفقًا لـ Brinell):
- خشب - 2، 6-7، 0 HB.
- ألومنيوم - 15 HB.
- نحاسي - 35 هب.
- صلب خفيف - 120 هكتار.
- زجاج - 500 HB.
- أداة الصلب - 650-700 HB.
طريقة فيكرز
يتم تحديد الصلابة وفقًا لطريقة فيكرز بالضغط على طرف ماسي في العينة ، يكون له شكل هرم رباعي الزوايا منتظم. بعد إزالة الحمل ، قم بقياس القطرين المتكونين على سطح المادة وحساب القيمة الحسابية المتوسطة d (بالميليمترات).
اختبار صلابة فيكرز مضغوط تمامًا (انظر الصورة أدناه). يتم الاختبار في درجة حرارة الغرفة (+20 درجة). يشار إلى قيمة صلابة الجسم بالحروف HV
طريقة شور
طريقة قياس الصلابة اقترحها المخترع الأمريكي ألبرت شور. وغالبًا ما يشار إليها أيضًا باسم "طريقة الارتداد". عند قياس صلابة Shore ، يتم إسقاط مهاجم بالحجم والكتلة القياسيين من ارتفاع معين على سطح المادة قيد الاختبار. القيمة الأساسية لهذه التجربة هي الارتفاع الارتدادي للمهاجم ، مُقاسًا بالوحدات التقليدية.
يتم قياس صلابة الشاطئ في النطاق من 20 إلى 140 وحدة. مائة وحدة تقابل ارتفاع ارتداد 13.6 مم (± 0.5 مم). وفقًا للمعيار ، هذه القيمة هي صلابة الفولاذ الكربوني المقوى. جهاز حديث لقياس صلابة المواد حسب Shore يسمى scleroscope أو durometer (يمكن رؤيته في الصورة أدناه).
مقياس موس
مقياس صلابة موس نسبي وينطبق حصريًا على المعادن. تم اختيار عشرة معادن كمعادن مرجعية ، تم ترتيبها من أجل زيادة الصلابة (في الرسم التخطيطي للصور أدناه). وفقًا لذلك ، يحتوي المقياس على 10 نقاط (من 1 إلى 10).
المقياس المعدني للصلابة اقترحه العالم الألماني فريدريش موس في عام 1811. ومع ذلك ، لا يزال يستخدم في الجيولوجيا.
كيفية تحديد صلابة معدن معين على مقياس موس؟ يمكن القيام بذلك عن طريق فحص الخدش الذي خلفته العينة بعناية. من المريح استخدام ظفر أو عملة نحاسية أو قطعة زجاج أو سكين فولاذي.
لذا إذاالمعدن المختبَر يكتب على ورق دون خدشه فتساوي صلابته الواحد. إذا تم خدش الحجر بسهولة بظفر الإصبع ، فإن صلابته تكون 2. ثلاث نقاط بها معادن يمكن خدشها بسهولة بالسكين. إذا كنت بحاجة إلى بذل بعض الجهد لترك علامة على الحجر ، فإن صلابته تكون 4 أو 5. المعادن ذات الصلابة 6 أو أعلى تترك خدوشًا على نصل السكين.
في الختام…
إذن ما هي الصلابة؟ هذه هي قدرة الجسم المادي على مقاومة الدمار والتشوه تحت تأثير قوى الاتصال المحلية. يعتبر الماس أقسى معدن على وجه الأرض ، وأكثر المعادن متانة هو الإيريديوم. في العلوم والتكنولوجيا الحديثة ، يتم استخدام العديد من طرق قياس الصلابة (وفقًا لـ Brinell و Rockwell و Vickers و Shore و Mohs).
