С постоянной высоты на металл падает определенного веса боек и отскакивает. По величине отскока судят о твердости. Чем больше твердость, тем больше отскок бойка.

Производительность этого метода испытаний очень велика (несколько сот измерений в час). Однако применять его можно только для сравнения между собой твердости изделий из одного и того же металла или из металлов, имеющих одинаковые упругие свойства.

§

твердость металлов – это… Что такое твердость металлов?

твердость металлов

[metal hardness] — наиболее часто — сопротивливление металлов и сплавов вдавливанию, характеризуется числом твердости. При этом величина твердости равна нагрузке, отнесенной к поверхности отпечатка, или обратно пропорционнальной глубине отпечатка при некоторой фиксированной нагрузке. Отпечаток обычно производят стальным закаленным шариком диаметром 10 или 5, реже 2,5 мм (методы Бринелля, Роквелла), алмазным конусом с углом при вершине 120° (метод Роквелла) или алмазной пирамидой (метод Виккерса, измерение микротвердости). Реже пользуются динамическими методами измерения, мера твердости в которых — высота отскока стального шарика от поверхности исследуемого металла (метод Шора) или время затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл (метод Кузнецова-Герберта-Ребиндера). Получил распространение метод измерения твердость металлов с использованием УЗК, в основе которого лежит измерение реакции колебательной системы (измен ее собственной частоты) на твердость используемого металла. Число твердости указывается в единицах НВ (метод Бринелля), HV(метод Виккерса), HR (метод Роквелла), где Н — hardness — твердость (англ.). Поскольку при определении твердости методом Роквелла используется как стальной закаленный шарик (диаметром 1,6 мм) при нагрузке 1 кН (шкала В), так и алмазный конус при нагрузке 1,5 кН (шкала С) и 600 Н (шкала А), то в числе твердости соответственно вводятся дополнительные обозначения — HRB, HRС и HRA. По специальным таблицам (Смотри таблицу) можно пересчитать числа твердости (например, твердость по HRС на твердость по НВ). Выбор метода определения твердости зависит от исследуемого металла, размеров и формы образца или изделия и других факторов.
Твердость весьма чувствительна к структуре металла. При изменении температуры или после термической обработки, ТМО величина твердости металлов меняется в том же направлении, что и σ_т; поэтому часто при контроле изменения механических свойств после разных обработок металл характеризуют твердость, которая измеряется проще и быстрее. Измерениями микротвердости пользуются при изучении механических свойств отдельных зерен, а также структурных составляющих сложных сплавов;
Смотри также:
— Твердость
— твердость минералов

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг. Главный редактор Н.П. Лякишев. 2000.

Смотреть что такое “твердость металлов” в других словарях:

• ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛОВ — [metal hardness] наиболее часто сопротивление металлов и сплавов вдавливанию, характеризуемое числом твердости. При этом величина твердости равна нагрузке, отнесенной к поверхности отпечатка, или обратно пропорциональна глубине отпечатка при… …   Металлургический словарь

• твердость металлов по HSD — 3.1 твердость металлов по HSD: Твердость металлов по ГОСТ 23273, которую определяют по высоте отскока стандартизованного бойка, падающего на образец с заданной высоты. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• твердость металлов по Виккерсу — 3.1 твердость металлов по Виккерсу: Нанесение на подготовленную поверхность металлического образца отпечатка под действием статической нагрузки, приложенной к алмазному наконечнику в течение определенного времени, и измерение параметров отпечатка …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Твердость — свойство материалов сопротивляться пластической деформации или хрупкому разрушению в поверхностном слое при местных контактных силовых воздействиях. Источник: РД 03 380 00: Инструкция по обследованию шаровых рез …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• твердость минералов — [mineral hardness] свойство минералов сопротивляться проникновению в них других тел. Твердость минералов важный диагностический и типоморфный признак минерала, функция его состава и структуры, которые в разной мере отражают условия… …   Энциклопедический словарь по металлургии

• Твердость — [hardness] сопротивление материала вдавливанию или царапанию. Твердость не является физической постоянной, а представляет сложное свойство, зависящее как от прочности и пластичности материала, так и от метода измерения: Смотри также: твердость… …   Энциклопедический словарь по металлургии

• ТВЕРДОСТЬ — сопротивление тела проникновению извне. Т. металлов имеет в технике громадное значение, поэтому испытание твердости получило большое распространение на заводах. Для повышения Т. и связанной с ней износоустойчивости металлов последние подвергают… …   Морской словарь

• Твердость — (Rigidity) металлов и минералов свойство сопротивлятьсяизменению формы. Так как изменение формы сопровождается пластичнымидеформациями, т. е. сдвигами, то модуль сдвига (modulus of rigidity),может служить теоретически мерой Т. На практике Т.… …   Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

• МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА — Когда на металлический образец действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние металлического образца в зависимости от вида и… …   Энциклопедия Кольера

• МЕТАЛЛОВ ИСПЫТАНИЯ — Цель испытания материалов состоит в том, чтобы оценить качество материала, определить его механические и эксплуатационные характеристики и выявить причины потери прочности. Химические методы. Химические испытания обычно состоят в том, что… …   Энциклопедия Кольера

Книги

• Механические испытания: металлы, сварные соединения, покрытия: Учебник. Гриф МО РФ, Овчинников В.В.. В учебнике изложены основные методы испытаний машиностроительных материалов и изделий на твердость, микротвердость, ударную вязкость, растяжение, сжатие, изгиб икручение; приведены данные об… Подробнее  Купить за 925 руб
• Механические испытания. Металлы, сварные соединения, покрытия. Учебник, В. В. Овчинников, М. А. Гуреева. В учебнике изложены основные методы испытаний машиностроительных материалов и изделий на твердость, микротвердость, ударную вязкость, растяжение, сжатие, изгиб икручение; приведены данные об… Подробнее  Купить за 593 руб
• Механические испытания металлы сварные соединения покрытия Учебник, Овчинников В., Гуреева М.. В учебнике изложены основные методы испытаний машиностроительных материалов и изделий на твердость, микротвердость, ударную вязкость, растяжение, сжатие, изгиб икручение; приведены данные об… Подробнее  Купить за 593 руб

Что такое твердость? Определение твердости

Что тверже – гранит или мрамор, никель или алюминий? И что такое твердость вообще? На эти вопросы мы попробуем ответить в нашей статье. Проблемой определения твердости минералов и веществ занимался целый ряд зарубежных ученых. Среди них – Альберт Шор, Фридрих Моос, Юхан Август Бринелль, Уильям Виккерс и другие. Однако единственного и общепринятого метода расчета твердости в науке до сих пор не существует.

Что такое твердость?

Каждое из известных науке веществ обладает целым рядом определенных физических свойств и качеств. В этой статье речь пойдет о том, что такое твердость. Это способность того или иного материала сопротивляться внедрению в него другого, более прочного тела (например, режущего или колющего инструмента).

Твердость веществ чаще всего измеряется в специальных единицах – кгс/мм² (килограмм-сила на квадратный миллиметр площади). Обозначается она латинскими буквами HB, HRC или HRB, в зависимости от выбранной шкалы.

Самым твердым минералом на Земле считается алмаз. Если же говорить о материалах искусственного происхождения, то самым прочным является фуллерит. Это молекулярный кристалл, который образуется при высоких температурах (около 300 градусов по Цельсию) и чрезвычайно высоком давлении (свыше 90 000 атмосфер). Согласно исследованиям ученых, фуллерит примерно в полтора раза тверже алмаза.

Какой бывает твердость?

Различают три основных варианта твердости:

• Поверхностная (определяется соотношением величины нагрузки к площади поверхности отпечатка).
• Проекционная (отношение нагрузки к площади проекции отпечатка).
• Объемная (отношение нагрузки к объему отпечатка).

Помимо этого, твердость физических тел измеряется в четырех диапазонах:

1. Нанотвердость (величина нагрузки составляет менее 1 гс).
2. Микротвердость (1 – 200 гс).
3. Твердость при малых нагрузках (200 гс – 5 кгс).
4. Макротвердость (более 5 кгс).

Твердость металлов

Из 104 элементов периодической системы Менделеева 82 являются металлами. А общее количество известных человеку сплавов достигает пяти тысяч! Область применения металлов в современном мире невероятно широка. Это военная и химическая промышленность, металлургия, электротехника, космическая отрасль, ювелирное дело, кораблестроение, медицина и т. д.

Среди всех физико-химических характеристик металлов твердость играет далеко не последнюю роль. Ведь она наглядно демонстрирует:

• степень износоустойчивости металла;
• сопротивляемость давлению;
• его способность разрезать другие материалы.

Помимо всего прочего, твердость металла показывает, можно ли подвергать его обработке на тех или иных станках, поддается ли он шлифовке и тому подобное. Кстати, учеными уже давно доказано, что твердость металла во многом определяет и другие механические его свойства.

Какова твердость железа, меди и алюминия? И какой из металлов является самым твердым и прочным?

К наиболее мягким металлам причисляют магний и алюминий. Значения их твердости колеблются в пределах 5 кгс/мм². Примерно вдвое тверже – никель и медь (около 10 кгс/мм²). Твердость железа оценивается в 30 кгс/мм². Ну а к самым твердым металлам естественного происхождения относят титан, осмий и иридий.

Определение твердости: методы, способы и подходы

Как измеряют твердость физического тела? Для этого в образец внедряется так называемый индентор. Его роль может выполнять сверхпрочный металлический шарик, пирамида либо алмазный конус. После прямого контактного воздействия индентора на испытуемом образце остается отпечаток, по размеру которого и определяется твердость материала.

На практике применяют две группы методов измерения твердости:

1. Динамические.
2. Кинетические.

При этом прилагаемая нагрузка во время внедрения индентора в тело может быть осуществлена посредством царапания, вдавливания (чаще всего), разрезания или же отскока.

В наши дни существует несколько различных подходов по определению твердости:

• по Роквеллу;
• по Бринеллю;
• по Виккерсу;
• по Шору;
• по Моосу.

Соответственно, есть ряд разных шкал твердости материалов, прямой взаимосвязи между которыми нет. Тот или иной метод измерения выбирают исходя из целого ряда факторов (например, свойств конкретного материала, условий проведения эксперимента, используемой аппаратуры и пр.). Приборы, определяющие твердость металлов или минералов, принято называть твердомерами.

Метод Роквелла

Величина твердости по Роквеллу определяется по глубине отпечатка алмазного конуса или металлического шарика, оставленного на поверхности тестируемого образца. Причем она является безразмерной и обозначается буквами HR. Слишком мягкие материалы могут иметь отрицательные значения твердости.

Так называемый твердомер Роквелла был изобретен в начале прошлого века американцами Хью Роквеллом и Стэнли Роквеллом. В следующем видеоролике вы можете увидеть, как он работает. Крайне важным фактором для этого метода является толщина тестируемого образца. Она не должна быть менее значения десятикратной глубины проникновения индентора в испытуемое тело.

В зависимости от типа индентора и прилагаемой нагрузки существуют три измерительные шкалы. Их обозначают тремя латинскими буквами: A, B и C. Значение твердости по Роквеллу имеет числовой вид. Например: 25,5 HRC (последняя буква обозначает шкалу, которая была использована в тесте).

Метод Бринелля

Величину твердости по Бринеллю определяют по диаметру отпечатка, оставленному стальным закаленным шариком на поверхности тестируемого металла. Единицей измерения служит кгс/мм².

Метод предложил в 1900 году шведский инженер Юхан Август Бринелль. Испытание проводится следующим образом: вначале задается предварительная нагрузка индентора на образец, а уж затем – основная. Причем материал под этой нагрузкой выдерживают до 30 секунд, после чего измеряется глубина вдавливания. Твердость по Бринеллю (обозначается как HB) рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности полученного отпечатка.

Некоторые значения твердости для различных материалов (по Бринеллю):

• Древесина – 2,6-7,0 HB.
• Алюминий – 15 HB.
• Медь – 35 HB.
• Мягкая сталь – 120 HB.
• Стекло – 500 HB.
• Инструментальная сталь – 650-700 HB.

Метод Виккерса

Твердость по методу Виккерса определяется посредством вдавливания в образец алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехугольной пирамиды. После снятия нагрузки измеряют две диагонали, образовавшиеся на поверхности материала, и рассчитывают среднее арифметическое значение d (в миллиметрах).

Твердомер Виккерса достаточно компактен (см. фото ниже). Испытание проводится при комнатной температуре (+20 градусов). Значение твердости тела обозначается буквами HV.

Метод Шора

Этот метод измерения твердости был предложен американским изобретателем Альбертом Шором. Его еще нередко называют «методом отскока». При измерении твердости по Шору боек стандартного размера и массы падает с определенной высоты на поверхность тестируемого материала. Ключевое значение данного опыта – высота отскока бойка, измеряемая в условных единицах.

Твердость по Шору измеряется в диапазоне от 20 до 140 единиц. Ста единицам соответствует высота отскока в 13,6 мм (± 0,5 мм). По стандарту эта величина является твердость закаленной углеродистой стали. Современный прибор для измерения твердости материалов по Шору называют склероскопом или дюрометром (его можно увидеть на фото ниже).

Шкала Мооса

Шкала твердости по Моосу является относительной и применяется она исключительно для минералов. В качестве эталонных выбрано десять минералов, которые были расположены в порядке возрастания их твердости (на фотосхеме ниже). Соответственно, шкала имеет 10 баллов (от 1 до 10).

Минералогическая шкала твердости была предложена немецким ученым Фридрихом Моосом еще в 1811 году. Тем не менее в геологии она используется до сих пор.

Как определить твердость конкретного минерала по шкале Мооса? Это можно сделать при помощи внимательного рассмотрения царапины, оставленной образцом. При этом удобно пользоваться ногтем, медной монетой, куском стекла или стальным ножом.

Итак, если тестируемый минерал пишет по бумаге, не царапая ее, то его твердость равна единице. Если камень легко царапается ногтем, его твердость – 2. Три балла имеют минералы, которые легко царапаются ножом. Если же нужно приложить некоторые усилия, чтобы оставить на камне отметку, то его твердость равна 4 или 5. Минералы с твердостью 6 или выше сами оставляют царапины на лезвии ножа.

В заключение…

Итак, что такое твердость? Это способность физического тела противостоять разрушению и деформированию при воздействии местных контактных усилий. Самым твердым минералом на Земле считается алмаз, а самым прочным металлом – иридий. В современной науке и технике используется несколько методик измерения твердости (по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу, Шору и Моосу).

Твердость по Шору материалов: суть метода, прибор, шкала

Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в поверхностные слои. Существует несколько способов определения данного параметра, на основе которых созданы шкалы. Они отличаются направленностью на разные материалы и технологией измерения. Далее рассмотрена твердость по Шору.

Принцип измерения

Рассматриваемый метод применяют для низкомодульных материалов, таких как полимеры, а именно каучуки, элистомеры, пластмассы, продукты их вулканизации. Он включает два способа: вдавливания и отскока.

Принцип первого способа Шора состоит в определении величины вдавливания в материал конкретного индентора. Твердость определяется упругостью и вязкоэластичными параметрами,  она обратно зависима от глубины вдавливания. К тому же результаты зависят от формы индентора и приложенной силы. Ввиду этого нет взаимосвязи данных, полученных с применением при измерениях различных приборов и даже устройств с разными параметрами. К тому же твердость, измеряемая рассматриваемым методом Шора, не связана с каким-либо параметром исследуемого материала, поскольку он является эмпирическим.

Шкала твердости по Шору

Рассматриваемая технология весьма распространена. Этому способствуют ее следующие достоинства:

• Она проста, в том числе благодаря конструкции прибора.
• Такой метод определения твердости обеспечивает быстроту измерений.
• Подходит для различных поверхностей, в том числе криволинейных, значительных радиусов, крупногабаритных предметов, готовых деталей. При этом технология характеризуется невысокой точностью вследствие значительного разброса значений.

Полученные результаты представлены числовым значением с буквой, соответствующей шкале.

Способ отскока состоит в определении твердости по величине отскока вертикально падающего бойка с заданной высоты после удара об исследуемую поверхность.

Примерное соотношение разных шкал

Для выражения твердости применяются условные единицы измерения. В основном данную технологию Шора применяют для твердых материалов.

К тому же, рассматриваемый метод Шора распространен в промышленности ввиду быстроты и простоты выполнения измерений. Тем его применяют, в основном, для контроля температурной обработки. Подходит для определения твердости крупных предметов, криволинейных поверхностей, готовых деталей. При этом, как и первый метод Шора, характеризуется низкой точностью ввиду того, что величина отскока бойка определяется, помимо твердости, многими прочими параметрами, а именно шероховатостью поверхности, структурой, толщиной и др.

Таким образом, несмотря на различные технологии осуществления, методы Шора близки по качествам: благодаря простоте они обеспечивают большую оперативность измерений, но с низкой точностью.

Проблема рассматриваемой технологии состоит в том, что твердость по Шору невозможно точно перевести в прочие величины твердости и прочности при растяжении. Это объясняется оторванностью твердости Шора от фундаментальных характеристик из-за эмпиричного характера метода.

Данная технология имеет преимущественно практическую направленность ввиду того, что определяемый ею показатель влияет на эксплуатационные характеристики. Например, таким методом измеряют твердость резины автомобильных шин.

Приборы

Оборудование для определения твердости по Шору было создано изобретателем самого метода. В зависимости от способа, используется дюрометр либо склероскоп.

Дюрометр Шора

Прибор, называемый дюрометром, применяют для определения твердости Шора вдавливанием. Данные устройства представлены несколькими типами. Приборы классов D и A включают следующие детали:

• Опорную поверхность. Площадь ее составляет от 100 мм². Имеет отверстие 2,5 — 3,5 мм диаметром в 6 или более мм от края.
• Индентор. Представлен стержнем 1,1 — 1,4 мм диаметром из закаленной стали.
• Индикаторное устройство. Демонстрирует выход за опорную поверхность кончика индентора, выражая в условных единицах его величину.
• Калиброванную пружину. Служит для приложения усилия к индентору.

В качестве дополнительного оборудования, дюрометры оснащают приспособлением для фиксации груза. Оно центрировано по оси индентора и позволяет создавать определенное прижимное усилие.

Что касается типов дюрометров, их дифференцируют на основе шкал, применяемых для разных материалов. Всего существует 12 шкал. Наиболее распространены среди них варианты типов D и A. Тип A отличается направленностью на более мягкие материалы. Приборы данного типа характеризуются, следовательно, меньшим прижимным усилием и большей точностью измерений. Нужно отметить, что сила, создаваемая дюрометром, рассчитывается по специальным формулам.

Схема склероскопа Шора

Склероскопы представлены приборами, оснащенными сферическим бойком. Их также дифференцируют на несколько типов на основе шкал. Наиболее распространены C и D. Так, устройство типа C имеет установленную на штативе с предметным столиком полую трубку с окном. На последнее нанесена шкала. Внутри трубки находится боек 2,5 г массой и 1,25 мм радиусом, удерживаемый фиксирующе-спусковым устройством, установленным сверху трубки. Высоту отскока фиксируют визуально. Устройства типа D имеют более тяжелый боек (36 г) и электронное или механическое устройство регистрации величины отскока. Боек обычно бывает с алмазным наконечником, хотя для исследования мягких материалов применяют варианты со стальным тупым наконечником.

Отдельно следует отметить, что ввиду наличия нескольких шкал для каждого из приборов для определения твердости Шора, создана таблица перевода из одной в другую.

Осуществление измерений

Измерение твердости способом вдавливания выполняют на горизонтальной твердой поверхности. Дюрометр располагают вертикально. Опорную поверхность прибора быстро прижимают к исследуемому предмету и оказывают на него давление. Спустя 15 секунд снимают показания. Далее выполняют вычисление среднего для пяти замеров в различных точках поверхности на взаимном удалении от 6 мм. В случае мгновенного замера показания снимают через секунду после оказания давления. При этом учитывают максимальный результат.

Проведение измерений методом Шора

В случае получения на дюрометре типа D результатов менее 20, следует использовать прибор типа A, и наоборот, если дюрометр класса A дает значения более 90, переходят на устройство типа D.

Для повышения точности опорную поверхность прижимают к предмету с применением штатива и груза.

Для выполнения корректных измерений необходимо соблюдение следующих требований:

1. Необходимо, чтобы толщина исследуемого предмета составляла от 6 мм. Для достижения данного значения допустимо совмещение нескольких слоев, однако вследствие недостаточно плотного их прилегания возможно отклонение результатов в сравнении с аналогичными цельными предметами.
2. Измеряемые предметы должны иметь размеры, достаточные для осуществления измерений на расстоянии от 12 мм от краев поверхности.
3. Исследуемая поверхность в радиусе хотя бы 6 мм от кончика индентора должна быть ровной. При наличии перепадов, шероховатостей, неровностей происходит существенное отклонение результатов.
4. Материалы кондиционируют.
5. Необходимо учитывать условия среды и исключить те из них, что влияют на параметры материала.

При исследовании методом отскока склероскоп устанавливают вертикально по отвесу или уровню. Измеряемый предмет фиксируют на его столике, зажимается. Цилиндрические детали размещают в специальной подставке, а крупные предметы исследуют съемной частью прибора. В данном случае также проводят пять измерений твердости и результатом считают их среднее значение. При этом удары выполняют с частотой до 5 в 10 секунд, а точки располагают в 2 мм или более друг от друга и от краев.

Таким образом, технология определения твердости методом Шора включает простые, но неточные методы, наиболее применимые для быстрых измерений.

Твердость металла | Занер – Инновации и сотрудничество для достижения невероятного

Процессы повышения твердости металла

Существует несколько способов упрочнения архитектурного металла на фрезерном стане или в процессе изготовления. Каждый из механизмов упрочнения вносит неоднородности кристаллической решетки в кристаллическую структуру металла, что затрудняет смещение структуры металла. В результате получается более твердая и менее пластичная металлическая поверхность.

Деформационное упрочнение означает деформацию или холодное упрочнение металлической поверхности.По мере того как металл подвергается повторному изгибу или деформации, пластичность металла снижается, он становится деформированным и менее пластичным. Обычно относится к деформационному упрочнению металла при обработке его при комнатной температуре. Некоторые металлические сплавы, такие как никель-титан, не подвергаются деформационному упрочнению, но фактически обладают характеристикой снятия деформации, поскольку они возвращаются к исходной форме.

Упрочнение твердым раствором относится к металлу в процессе легирования, в котором легирующая составляющая вводится в твердый материал.Один или несколько элементарных компонентов могут переходить в нагретый, но твердый раствор. Затем металл быстро закаливают, чтобы захватить элемент в твердом растворе.

Старение – это процесс, который происходит быстро в первые несколько дней после литья, а затем намного медленнее в течение следующих нескольких недель. Этот процесс часто называют «естественным старением». Другой искусственный вариант этого процесса может быть использован путем кратковременного нагрева металла при высокой температуре.В результате он стабилизирует свойства, еще больше упрочняя сплав. Этот процесс известен как «искусственное старение» или дисперсионное твердение.

Анодирование , процесс, характерный для алюминия, имеет эффект упрочнения. Последний шаг в создании анодированного алюминия – это упрочнение и герметизация поверхности с помощью деионизированной кипящей воды или герметиков из металлических солей. Герметизация требуется для закрытия пор оксидной пленки и обеспечения однородности, за исключением легирующих компонентов.

Цементная закалка означает процесс термической обработки поверхности, используемый для получения твердой, износостойкой поверхности металла. Методы цементации включают науглероживание, цианирование, азотирование, закалку пламенем и электроиндукционную закалку.

Закалка – это процесс термической обработки холоднокатаных и холоднодеформированных металлов. По мере того как зернистая структура металла подвергается холодной деформации, зерна растягиваются и изменяются. Поверхность становится тверже, сопротивляясь деформации от контакта.Закалка нагревает холодно обработанный металл до температур, при которых зерна начинают растворяться друг в друге. Доступны серии стандартных темпераментов. Эти свойства и их доступность в конкретном сплаве различаются в зависимости от природы зерен по мере их рекристаллизации. Обозначение отпуска фактически определяется размером зерна, а не пределом текучести металла.

Обратная струйная очистка металлической поверхности – это способ сплющивания металла, который также имеет тенденцию к значительному увеличению твердости поверхности.Рекомендуется произвести обратную струйную очистку материала после операций формования, потому что после струйной обработки поверхности материал станет труднее обрабатывать и формировать.

Шкала твердости металлов Мооса: почему это важно

Люди часто слышат о шкале твердости Мооса, когда она используется для сравнения драгоценных камней, но эта система также используется для ранжирования металлов. Давайте посмотрим, чем может быть полезна шкала твердости металла и как сравнивать на ней металлы, используемые в ювелирных изделиях.

Объявление

Объявление

Что такое шкала Мооса?

Шкала Мооса – это система, используемая для ранжирования материалов по их твердости, которая оценивается с использованием чисел от 1 до 10.Его можно использовать для сравнения драгоценных камней, металлов и других материалов и оценки их относительной прочности.

Где стоит металл по шкале Мооса, указывает, какие другие металлы могут поцарапать его. Например, твердость золота составляет 2,5–3, что ниже, чем у большинства других металлов.

Например, одно из самых твердых веществ на Земле, алмаз, имеет рейтинг 10 по шкале Мооса, в то время как пластик и грифель, например, находятся на другом конце шкалы с классом твердости 1.

Шкала твердости металлов Мооса

Вот список степеней твердости некоторых металлов, с которыми вы, скорее всего, столкнетесь в повседневной жизни, особенно при работе с ювелирными изделиями:

• Свинец: 1.5
• Олово: 1,5
• Цинк: 2,5
• Золото: 2,5-3
• Серебро: 2,5-3
• Алюминий: 2,5-3
• Медь: 3
• Латунь: 3
• Бронза: 3
• Никель: 4
• Платина: 4-4.5
• Сталь: 4-4,5
• Утюг: 4,5
• Палладий: 4,75
• Родий: 6
• Титан: 6
• Закаленная сталь: 7-8
• Вольфрам: 7,5
• Карбид вольфрама: 8,5-9

Почему важно знать твердость металлов

Когда немецкий геолог Фридрих Моос разработал шкалу твердости, которую мы используем сегодня, он использовал простой принцип для определения степени твердости каждого материала: какие материалы могут поцарапать его, а какие материалы – поцарапать.

Например, платина с твердостью 4-4,5 может быть поцарапана всеми материалами с более высокой степенью оценки Мооса (например, топазом с оценкой 8), и она, в свою очередь, может поцарапать любой материал с более низкой оценкой. (например, золото, твердость которого составляет 2,5-3).

(Продолжение текста под объявлением)

Объявление

Как видите, расположение металла по шкале Мооса может дать вам ценную информацию о том, какие другие металлы могут его поцарапать.

Это очень полезно знать, когда вы решаете, какие украшения нельзя хранить в одной коробке, а какие можно носить вместе. Это также может помочь вам определить, какие украшения будут более долговечными, просто зная, из какого металла они сделаны.

Связано: Ознакомьтесь с этим обширным выбором ювелирных украшений.

Как пользоваться шкалой твердости металлов

Шкала твердости Мооса может быть полезна, когда вы делаете покупки и обсуждаете ювелирные изделия, сделанные из разных металлов.

Посмотрев на них в таблице твердости металлов, вы увидите, какой вариант обеспечит вам лучшую долговечность, а затем решите, стоит ли запрашиваемая цена того, что вам нужно.

Например, платина намного прочнее серебра, и в целом более твердые металлы служат дольше при носке.

Однако платина также намного дороже, поэтому вам следует подумать, готовы ли вы платить больше за дополнительную прочность.

Связано: Щелкните здесь, чтобы увидеть выбор популярных платиновых украшений.

Твердость металлов и сплавы

Марка по Моосу для каждого металла обозначает его твердость в чистом виде, то есть без добавления каких-либо других материалов.

Однако в действительности почти все металлы, используемые в ювелирных изделиях, комбинируются с другими металлами, чтобы сделать получаемый материал более долговечным или дешевым.

Например, золото часто смешивают с никелем, цинком, медью и другими металлами, чтобы сделать его более твердым.

Точно так же вольфрам в чистом виде имеет твердость 7,5, но при добавлении углерода образуется карбид вольфрама с твердостью 8.5–9 по шкале Мооса.

Испытание на устойчивость к царапинам

Набор для определения твердости по Моосу: Набор для лабораторной шкалы твердости по Моосу, содержащий: (1) тальк; (2) гипс; (3) кальцит; (4) флюорит; (5) апатит; (6) ортоклаз; (7) кварц; (8) топаз; и (9) корунд. Алмаз не входит в состав большинства наборов, чтобы снизить стоимость. Кроме того, образец алмаза был бы настолько мал, что его нужно было бы закрепить в ручке, чтобы его можно было использовать. Приобретите набор для определения минеральной твердости.

Что такое шкала твердости Мооса?

Одним из наиболее важных тестов для идентификации образцов минералов является испытание на твердость по Моосу.В этом тесте сравнивается устойчивость минерала к царапинам десятью эталонными минералами, известными как шкала твердости Мооса (см. Таблицу слева). Тест полезен, потому что большинство образцов данного минерала имеют очень близкую твердость. Это делает твердость надежным диагностическим свойством для большинства минералов.

Фридрих Моос, немецкий минералог, разработал шкалу в 1812 году. Он отобрал десять минералов с совершенно разной твердостью, от очень мягкого (тальк) до очень твердого (алмаз).За исключением алмаза, все минералы относительно распространены, и их легко или недорого получить.

Сравнение твердости

«Твердость» – это устойчивость материала к царапинам. Тест проводится путем размещения острого наконечника одного образца на немаркированной поверхности другого образца и пытается поцарапать. Вот четыре ситуации, которые вы можете наблюдать при сравнении твердости двух образцов:

1. Если образец A может поцарапать образец B, то образец A тверже, чем образец B.


2. Если образец A не царапает образец B, то образец B тверже, чем образец A.


3. Если два образца равны по твердости, они будут относительно неэффективными при царапая друг друга. Могут появиться небольшие царапины, или их будет трудно определить, не образовалась ли царапина.


4. Если Образец A может быть поцарапан Образцом B, но не может быть поцарапан Образцом C, то твердость образца A находится между твердостью образца B и образца C.

Испытание на твердость по Моосу: При проведении испытания поместите неизвестный образец на столешницу и крепко удерживайте его на месте одной рукой. Затем поместите точку эталонного образца на плоскую немаркированную поверхность неизвестного образца. Плотно прижмите эталонный образец к неизвестному и намеренно проведите им по плоской поверхности, с усилием прижимая. Чтобы избежать травм, перетащите известный образец подальше от тела и параллельно пальцам, удерживающим неизвестный образец.

Методика испытания на твердость по Моосу

• Для начала найдите гладкую поверхность без царапин.


• Одной рукой крепко прижмите образец неизвестной твердости к столешнице, так чтобы испытуемая поверхность была открытой и доступной. Столешница поддерживает образец и помогает удерживать его неподвижно во время теста. (Если вы проводите этот тест за красивым столом, вам может потребоваться толстый кусок картона, толстая резиновая прокладка или лист другого материала, чтобы защитить поверхность от царапин.)


• Возьмите один из образцов стандартной твердости другой рукой и поместите его острие на выбранную плоскую поверхность неизвестного образца.


• Плотно прижмите острие стандартного образца к неизвестному образцу и с сильным давлением проведите острием стандартного образца по поверхности неизвестного образца.


• Осмотрите поверхность неизвестного образца. Смахните пальцем любые образовавшиеся фрагменты минералов или порошок.Поцарапала ли тест? Будьте осторожны, не перепутайте минеральный порошок или остатки с царапиной. Царапина – это отчетливая бороздка на минеральной поверхности, а не след на поверхности, который стирается. Используйте ручную линзу, чтобы хорошо рассмотреть, что произошло.


• Проведите тест еще раз, чтобы подтвердить свои результаты.

Советы по измерению твердости по Моосу

• Список минералов в порядке их твердости может оказаться полезным.Если вы определите, что образец имеет твердость 4 по шкале Мооса, вы можете быстро получить список потенциальных минералов.


• Практика и опыт улучшат ваши способности при выполнении этого теста. Вы станете быстрее и увереннее.


• Если твердость неизвестного образца составляет около 5 или меньше, вы сможете поцарапать без особых усилий. Однако, если твердость неизвестного образца составляет около 6 или выше, для создания царапины потребуется приложить определенное усилие.Для этих образцов крепко прижмите неизвестное к столу, поместите эталонный образец против него, твердо нажмите и решительно, затем, удерживая давление, медленно проведите эталонным образцом по поверхности неизвестного.


• Не обманывайтесь, когда мягкий стандартный образец оставляет след на твердом неизвестном. Этот знак похож на то, что оставляет мел на доске. Он сотрет, не оставив царапины. Проведите пальцем по тестируемой поверхности. Если образовалась царапина, будет видна бороздка.Если следы стираются, значит, царапины не было. Проверьте наличие царапины с помощью ручной линзы.


• Некоторые твердые материалы также очень хрупкие. Если один из ваших образцов ломается или крошится, а не царапается, вам следует быть очень осторожными при проведении теста. Тестирование крошечных или зернистых образцов может быть трудным.


• Некоторые образцы содержат примеси. Если результаты вашего теста явно неубедительны, или если информация из вашего теста не соответствует другим свойствам, без колебаний проведите тест еще раз.Возможно, в один из ваших образцов попал небольшой кусочек кварца (или другой примеси).


• Не будь слабаком! Это очень распространенная проблема. Некоторые люди случайно трут один образец о другой и затем ищут след. Тест проводится не так! Это делается одним медленным, решительным движением с сильным давлением с целью порезать царапину.


• Будьте осторожны! При тестировании мы бережно держим исследуемый камень, чтобы в случае проскальзывания отмычки в пальце не образовалась дыра.


• Когда мы проводим испытание на твердость, мы кладем на стол толстый лист плотного картона или резиновую прокладку, чтобы защитить его поверхность от царапин.


• Этот тест следует проводить на лабораторном столе или рабочем столе с прочной поверхностью или защитным покрытием. Не проводите такой тест на хорошей мебели.


• Проверьте крошечные частицы или зерна, поместив их между двумя частями минерала-индекса и соскребая их вместе.Если зерна тверже минерала-индекса, образуются царапины. Если зерна более мягкие, они размазываются.

Твердость обычных предметов

Некоторые люди используют несколько обычных объектов для испытания на твердость по Моосу в полевых условиях. Ноготь, медная монета, гвоздь, кусок стекла, лезвие ножа, стальной напильник, полосатая пластина и кусок кварца – обычные предметы, предлагаемые в некоторых учебниках геологии.

Идея состоит в том, что человек может быстро вытащить эти предметы из поясного ремня и провести испытание на твердость менее чем за минуту.Однако, если вы собираетесь использовать обычные предметы для определения твердости, настоятельно рекомендуется подтвердить твердость всех элементов в вашем наборе.

Мы проверили значения твердости предметов из “обычного полевого набора”, предложенные в трех вводных учебниках по геологии, и обнаружили, что некоторые из них сильно различаются.

Таким образом,

В приведенной выше таблице перечислены значения твердости, которые мы нашли в обычных элементах, предлагаемых для испытаний на твердость в полевых условиях – без проведения исчерпывающего поиска.

Инструменты для определения твердости по Моосу: Инструменты для измерения твердости просты в использовании. У них есть латунный щуп и сплав, который используется для определения твердости. Поместите острие кирки на неизвестный образец и проведите им по поверхности. Он либо поцарапается, либо скользит по поверхности, либо оставит след металла. Они поставляются с твердостью 2 (пластиковое острие), 3 (медное острие) и от 4 до 9 (тщательно отобранные сплавы). Они отлично подходят для тестирования небольших образцов или для тестирования мелких зерен, внедренных в скалу.Эти отборы твердости доступны в магазине Geology.com.

Отборы твердости

Альтернативой использованию эталонных минералов для испытаний является набор «выборок твердости». Эти кирки имеют острые металлические наконечники, которые можно использовать для очень точного тестирования. Кирки обеспечивают гораздо больший контроль, а их острые наконечники можно использовать для проверки мелких минеральных зерен в породе.

Острые кирки можно использовать легко, и они либо оставляют царапины, если они тверже, чем исследуемый образец, либо оставляют после себя крошечную полосу металла, если они мягче.Изучите тестовый сайт с ручной линзой, чтобы увидеть результаты вашего теста.

Мы использовали кирки твердости и думаем, что они отлично справляются со своей задачей. Они проще в использовании и более точны, чем испытания на образцах. Когда они затупятся, их можно затачивать. Единственный Обратной стороной является их цена (около 80 долларов за комплект).

Тверже алмаза, мягче талька?

Алмаз – не самое твердое вещество из известных, но более твердые материалы встречаются гораздо реже.Исследователи сообщили, что вюрцит нитрид бора и лонсдейлит могут быть тверже алмаза. [1]

Вряд ли вы найдете минерал мягче талька. Однако некоторые металлы мягче. К ним относятся: цезий, рубидий, литий, натрий и калий. Вероятно, вам никогда не понадобится проверять их твердость. [2]

Сравнение твердости по шкале Мооса-Виккерса: На этой диаграмме сравнивается твердость минералов-индексов по шкале твердости Мооса (целочисленная шкала) с их твердостью по Виккерсу (непрерывная шкала).Твердость по Моосу – это устойчивость к царапинам, а твердость по Виккерсу – это устойчивость к вдавливанию под давлением. График показывает огромную разницу между твердостью корунда и алмаза по Виккерсу, которые отличаются друг от друга всего на одну единицу по шкале твердости Мооса.

Шкала твердости Мооса по сравнению с другими

Когда Фридрих Моос разработал свою шкалу твердости в 1812 году, информации о твердости минералов было очень мало. Он просто выбрал десять минералов разной твердости и произвольно разместил их по целой шкале от 1 до 10.Это была относительная шкала, в которой минерал неизвестной твердости мог быть протестирован против группы из десяти индексных минералов, чтобы увидеть, где он находится на шкале.

Шкала Мооса выдержала испытание временем и широко используется во всем мире на протяжении более 200 лет – главным образом потому, что она проста в использовании, недорогая и люди быстро ее понимают.Были разработаны и другие тесты на твердость, но ни один из них не получил широкого распространения.

«Твердость по шкале Мооса» – это относительное целочисленное сравнение «устойчивости к царапинам». В большинстве других шкал твердости используется «устойчивость к вдавливанию иглой, к которой прикладывается определенное давление в течение определенного периода времени». Хотя эти испытания отличаются от твердости по шкале Мооса по своей методике, все они представляют собой испытания устойчивости к смещению атомов со своих позиций давлением на поверхность образца минерала.

Одной из таких шкал является шкала твердости Виккерса. В тесте Виккерса размер отпечатка оценивается под микроскопом и используется для расчета значения твердости. Значения твердости по Виккерсу образуют непрерывную шкалу, которая дает больше информации о твердости минералов по сравнению с целыми значениями шкалы Мооса. Таблица, сравнивающая минералы по шкале Мооса с их твердостью по Виккерсу, показана здесь вместе с графиком данных. График показывает, что с точки зрения твердости по Виккерсу промежутки между целыми значениями шкалы Мооса неодинаковы по ширине.Кроме того, промежутки между минералами с более высокой твердостью по Моосу намного шире, чем между более мягкими минералами. Что касается твердости по Виккерсу, алмаз намного тверже корунда.

Лучший способ узнать о минералах – это изучить коллекцию небольших образцов, с которыми вы можете обращаться, исследовать и наблюдать за их свойствами. Недорогие коллекции минералов доступны в магазине Geology.com.

Вариации твердости одного минерала

Хотя в справочниках и на веб-сайтах часто указывается единая твердость для каждого минерала, многие минералы имеют переменную твердость.Они имеют большую или меньшую твердость в зависимости от направления, в котором они царапаются.

Хорошо известным примером минерала с переменной твердостью является кианит. Кианит часто встречается в кристаллах пластинчатой ​​формы. Эти кристаллы имеют твердость около 5, если они испытываются параллельно длинной оси кристалла, и твердость около 7, если они испытываются параллельно короткой оси кристалла. Зачем? Эти разные направления сталкиваются с разными связующими средами в кристалле кианита.Связи, которые сопротивляются царапинам параллельно длинной оси кристалла с лезвиями, слабее, чем связи, возникающие при царапании по ширине кристалла. Промежуточные твердости встречаются и в других направлениях.

Другой пример – алмаз. Люди, которые занимаются огранкой алмазов, знали об их переменной твердости на протяжении сотен лет. Они знают, что кристалл алмаза, параллельный октаэдрическим граням кристалла, почти невозможно распилить и его очень трудно полировать.Алмаз можно расколоть в этом направлении, и лучший метод разрезания в этом направлении – лазер. Самое мягкое и лучшее направление для пиления или полировки кристалла алмаза – параллельно его кубическим граням. Эта информация является критически важной для мастеров, разрабатывающих дизайн ограненного алмаза. Понимание этого и работа с ним экономят время, деньги и создают лучший продукт с меньшими отходами.

Выветривание также может повлиять на твердость минерального образца.Выветривание изменяет состав минерала, при этом продукт выветривания обычно мягче, чем исходный материал. При испытании твердости, полос или других свойств минерала лучше всего проводить испытания на свежеотломанной поверхности с ожидаемым блеском, которая не подвергалась атмосферным воздействиям.

О испытаниях на твердость

Тест на твердость, разработанный Фридрихом Моосом, был первым известным тестом для оценки устойчивости материала к царапинам.Это очень простой, но неточный сравнительный тест. Возможно, его простота позволила ему стать наиболее широко используемым испытанием на твердость.

С момента разработки шкалы Мооса в 1812 году было изобретено множество различных тестов на твердость. К ним относятся тесты Бринелля, Кнопа, Роквелла, Шора и Виккерса. В каждом из этих тестов используется крошечный «индентор», который прикладывают к исследуемому материалу с тщательно отмеренной силой. Затем размер или глубина вмятины и величина силы используются для расчета значения твердости.

Поскольку в каждом из этих тестов используется разное оборудование и разные вычисления, их нельзя напрямую сравнивать друг с другом. Таким образом, если был проведен тест на твердость по Кнупу, число обычно указывается как «твердость по Кнупу». По этой причине результаты испытаний на твердость по Моосу также следует указывать как «твердость по Моосу».

Почему существует так много разных тестов на твердость? Тип используемого испытания определяется размером, формой и другими характеристиками испытуемых образцов.Хотя эти тесты сильно отличаются от теста Мооса, между ними есть некоторая корреляция. [2]

Твердость, ударная вязкость и прочность

При проверке твердости помните, что вы проверяете «устойчивость к царапинам». Во время теста некоторые материалы могут выйти из строя по другим причинам. Они могут сломаться, деформироваться или рассыпаться вместо того, чтобы поцарапаться. Твердые материалы часто ломаются под воздействием нагрузки. Это недостаток жесткости.Другие материалы могут деформироваться или рассыпаться под воздействием нагрузки. Этим материалам не хватает прочности. Всегда имейте в виду, что вы проверяете устойчивость к царапинам. Не дайте себя обмануть другими типами отказов в тестируемом образце.

Использование для испытаний на твердость

Тест на твердость по Моосу используется почти исключительно для определения относительной твердости минеральных образцов. Это делается как часть процедуры идентификации минералов в полевых условиях, в классе или в лаборатории, когда исследуются легко идентифицируемые образцы или когда недоступны более сложные тесты.

В промышленности другие испытания на твердость проводятся для определения пригодности материала для конкретного промышленного процесса или конкретного конечного применения. Испытания на твердость также проводятся в производственных процессах, чтобы подтвердить, что упрочняющие обработки, такие как отжиг, отпуск, деформационное упрочнение или поверхностное упрочнение, были выполнены в соответствии со спецификациями.

Некоторые замечания по правописанию

Шкала твердости Мооса названа в честь ее изобретателя Фридриха Мооса. Это означает, что при вводе имени теста апостроф не нужен. «Мооса» и «Мооса» неверны.

Google действительно умно использует эти имена. Вы даже можете ввести «Шкала твердости Мо» в качестве запроса, и Google знает, что нужно вернуть результаты для «Шкалы твердости Мооса». 🙂

Твердость металлов | Статья о твердости металлов по The Free Dictionary

сопротивление металлов вдавливанию. Твердость – это не физическая константа, а комплексное свойство, которое зависит от прочности и пластичности металла, а также от метода измерения. Количественно это свойство выражается числом твердости.

Испытание на вдавливание является наиболее распространенным методом измерения твердости. Здесь твердость либо равна нагрузке по отношению к площади вдавливания, либо обратно пропорциональна глубине вдавливания для заданной нагрузки.Вдавливание обычно выполняется шариком из закаленной стали (тест Бринелля, тест Роквелла), алмазным конусом (тест Роквелла) или алмазной пирамидой (тест Виккерса, тест на микротвердость). Менее распространены испытания, включающие ударную нагрузку, когда твердость измеряется высотой отскока небольшого стального шарика, упавшего на поверхность металла (испытание Шора), или измерения времени демпфирования колебаний маятника, покоящегося на поверхности металла. металл (метод, разработанный Кузнецовым, Гербертом и Ребиндером). Все более широкое распространение получает метод определения твердости ультразвуковыми колебаниями; с помощью этого метода измеряется реакция колебательной системы (изменение собственной частоты) на твердость металла.

Число твердости выражается в единицах HB (тест Бринелля), HV (тест Виккерса) или HR (тест Роквелла), где H означает твердость. Поскольку в тесте Роквелла используются как стальной шарик, так и алмазный конус, добавляются буквы «B» (шарик), «C» (конус) и «A» (также конус, но с другой нагрузкой). Существуют специальные таблицы и диаграммы для преобразования числа, полученного, например, из теста Роквелла, в число, соответствующее другому тесту. Выбор испытания на твердость зависит от таких факторов, как испытуемый материал, а также размеры и форма образца или изделия.

Твердость очень чувствительна к изменениям структуры металла. Поскольку твердость металлов и сплавов изменяется таким же образом, как и предел текучести при изменении температуры или после различных типов термической и механической обработки, изменения механических свойств металлов после обработки часто отслеживаются с помощью твердости, которая может быть легко измеренным. Измерения микротвердости используются при исследовании механических свойств отдельных зерен, а также структурных составляющих сложных сплавов.

При относительном определении термостойкости металла иногда используется долговременная твердость или микротвердость металла, измеренная при повышенных температурах в течение длительных периодов времени (минут, часов).

СПРАВОЧНИК