Твердость в химии это – ::

alexxlab | 21.12.2019 | 0 | Разное

Жесткость

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

Жесткость воды – это один из основных критериев качества воды.

Химия жесткости

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са²⁺) и в меньшей степени магния (Mg²⁺). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na⁺) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

Катионы	Анионы
Кальций (Ca2+)	Гидрокарбонат (HCO3–)
Магний (Mg2+)	Сульфат (SO42-)
Стронций (Sr2+)	Хлорид (Cl–)
Железо (Fe2+)	Нитрат (NO3–)
Марганец (Mn2+)	Силикат (SiO32-)

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al³⁺) и трехвалентное железо (Fe³⁺) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, “вклад” в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва

2+).

Виды жесткости.

Различают следующие виды жесткости.

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Метод удаления: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

Единицы измерения.

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м³).

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (d^o, dH), французский градус (f^o), американский градус, ppm CaCO₃.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Единицы жесткости воды
Моль/м3 (мг-экв/л)	Немецкий градус, do	Французский градус, fo	Американский градус	ppm (мг/дм3)СаСО3
1.000	2.804	5.005	50.050	50.050

Примечание:

1. Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм³ СаО или 17.86 мг/дм³ СаСО3 в воде.

2. Один французский градус соответствует 10 мг/дм

   3 СаСО₃ в воде.

3. Один американский градус соответствует 1 мг/дм³ СаСО₃ в воде.

Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca²⁺) и магния (Mg²⁺), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников – из справочника “Гидрохимические показатели состояния окружающей среды” и учебника для вузов “Водоподготовка” /9/. A две – из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более “жесткий” подход к проблеме жесткости “у них”. Тому есть причины, о которых – ниже.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са²⁺) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg²⁺) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах – десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм³).

Влияние жесткости на качество воды.

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование “мыльных шлаков” в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство “жестких” волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный “скрип” чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство “мылкости” после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Промышленные методы обессоливания и снижения жесткости воды 

www.water.ru

Твердость – Справочник химика 21

    О химических превращениях в системе можно судить по характеру изменения разнообразных физических свойств — изменения температур плавления и кристаллизации, давления пара, вязкости, плотности, твердости, магнитных свойств, электрической проводимости системы в зависимости от ее состава. Результаты исследования обычно изображают в виде диаграммы состав — свойство (по оси абсцисс — состав, по оси ординат — свойство).  [c.136]
    Физико-химические свойства ванадия, ниобия и тантала существенно зависят от их чистоты. Например, чистые металлы ковки, тогда как примеси (особенно О, Н, N и С) сильно ухудшают пластичность и повышают твердость металлов. [c.540]

    Бериллий используют в качестве легирующей добавки к сплавам, придающей им повышенную коррозионную стойкость, высокую прочность и твердость. Наиболее ценны сплавы Си — Ве бериллиевые бронзы), содержащие до 2,5% Ве. Сплавы бериллия применяют в самолетостроении, электротехнике и др. [c.471]

    Большой интерес представляют сплавы на основе карбидов, нитридов, боридов и силицидов ниобия и тантала, отличающиеся исключительной твердостью, химической инертностью и жаростойкостью. [c.542]

    Металлические и металлоподобные соединения. Порошки титана, циркония и гафния поглощают водород, кислород и азот. При этом растворенные неметаллы переходят в атомарное состояние и принимают участие в образовании химической связи. Наряду с сильно делокализованной (металлической) возникает локализованная (ковалентная) связь. Благодаря этому система приобретает повышенную твердость и хрупкость. Способность Т1, Zг и Н1 поглощать газы используется для получения глубокого вакуума, удаления газов из сплав эв и т. д. [c.531]

    Процесс получения железа начинается со стадии выплавки чугуна, содержащего значительное количество углерода (который попадает в чугун из кокса или древесного угля, используемых для плавления руды). Чугун отличается очень большой твердостью, но он хрупок. Из чугуна можно полностью удалить углерод. Образующееся в результате этой операции сварочное железо представляет собой ковкий, но относительно мягкий материал. В него вновь вводят некоторое количество углерода и в результате получают сталь, которая обладает достаточной вязкостью и в то же время достаточной твердостью. [c.138]

    Нефтяные битумы представляют собой жидкие, полутвердые или твердые нефтепродукты, состоящие из асфальтенов, смол и масел (мальтенов) асфальтены придают твердость и высокую температуру размягчения смолы повышают цементирующие свойства и эластичность масла являются разжижающей средой, в которой растворяются смолы, набухают асфальтены. [c.73]

    Целлюлоза — плотное волокнистое вещество. Именно она придает твердость древесине . В растениях целлюлоза располагается слоями между клетками (поэтому ее иногда называют клетчаткой). Целлюлоза играет в ра- [c.147]

    Интерметаллические соединения. В противоположность твердым растворам интерметаллические соединения, как правило, имеют сложную кристаллическую структуру, отличную от структур исходных металлов. Свойства интерметаллидов также существенно отличаются от свойств исходных компонентов. Так, в обычных условиях интерме-таллиды уступают чистым металлам по электрической проводимости и теплопроводности, но превосходят их по твердости и температуре плавления. Например  [c.254]

    Карбиды d-элементов обладают высокой твердостью, жаропрочностью, обычно более высокой температурой плавления, чем исходные металлы, например  [c.398]

    Механические свойства, характеризующие деформацию и прочность твердой смазки, являются весьма важными при выборе смазки для данного узла трения. Наиболее важным из них являются твердость, сжимаемость, прочность на разрыв. [c.208]

    Из полипропилена можно экструдировать и листы, предназначаемые для облицовки емкостей. Методом вакуум-формования из полипропилена изготовляют корпуса приборов, чемоданы и др. Предметы, изготовленные методом формования с последующим раздувом (например, емкости, бутылки), при очень тонких стенках обладают большой твердостью и стабильностью формы [124]. [c.304]

    Мышьяк и сурьма используются главным образом в качестве добавки i свинцу для придания ему повышенной твердости. Важное значение -шеет типографский сплав, содержащий 25% 8Ь, 60% РЬ и 15% Sn. [c.381]

    Другой арабский алхимик Ар-Рази (865—925), ставший известным в Европе под именем Разес, занимался медициной и алхимией. Он завоевал почти такую же известность, как и Джабир. Ар-Рази описал методику приготовления гипса и способа наложения гипсовой повязки для фиксации сломанной кости. Он изучил и описал металлическую сурьму. Джабир рассматривал серу как принцип горючести, ртуть как принцип металличности, Ар-Рази добавил к этим двум принципам третий — принцип твердости, или соль. Летучая ртуть и воспламеняющаяся сера образовывали твердые вещества только в присутствии третьего компонента — соли. [c.22]

    Ковалентные карбиды кремния 51С и бора В4С — полимерные вещества. Они характеризуются очень высокой твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью. [c.396]

    Простые вещества. В виде простых веществ кобальт, родий и иридий — блестящие белые металлы Со с сероватым, НЬ и 1г с серебристым оттенком. По сравнению с железом кобальт более тверд и хрупок. Особо высокой твердостью отличаются родий и иридий. Основные константы Со, НИ и 1г приведены ниже  [c.595]

    Твердость (алмаз-10). . . . 3″, Дж/( моль-град). . . . Электрическая проводимость. Теплопроводность (Н3О—1).  [c.621]

    Лантаноиды ковки, имеют относительно невысокую твердость, по электрической проводимости сходны с ртутью. [c.643]

    В соответствии с различием в кристаллической структуре (в особенности в типах химической связи) полиморфные модификации различаются (иногда очень резко) по своим физическим свойствам — плотности, твердости и пластичности, электрической проводимости и пр. Так, графит черного цвета, непрозрачен, проводит электрический ток алмаз — прозрачен, электрический ток практически не проводит. Графит—мягкое вещество, а алмаз — самое твердое из всех известных природных веществ плотность графита 2,22 г/см , алмаш 3,51 г/см . Полиморфные модификации отличаются, иногда очен11 заметно, и по своей химической активности. [c.111]

    Карбид кремния Si (карборунд), подобно углероду и кремнию, существует в виде кубической (алмазоподобной) и гексагональной модификаций. В чистом виде алмазоподобный S — диэлектрик, но с примесями становится полупроводником (Д = 1,5—3,5 эВ) с п-пли / -проводимостью. Он тугоплавок (т. пл. 2830°С), по твердости близок к алмазу, химически весьма стоек. Разрушается лишь при нагревании в смеси HF + HNOg и при сплавлении со щелочами в присутствии окислителя, например  [c.420]

    Медь добавляют для увеличения твердости зерна контакта и сшикения температуры восстановления и рабочей температуры синтеза, а также для того, чтобы направить синтез на получение твердых парафинов и спиртов. 

www.chem21.info

Твердость металлов. Таблица твердости металлов

Для того чтобы детали и механизмы служили длительно и надежно, материалы, из которых они изготовлены, должны соответствовать необходимым условиям работы. Именно поэтому важно контролировать допустимые значения их основных механических показателей. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, ударная вязкость, пластичность. Твердость металлов – первичная конструкционная характеристика.

Понятие

Твердость металлов и сплавов – это свойство материала создавать сопротивление при проникновении в его поверхностные слои иного тела, которое не деформируется и не разрушается при сопутствующих нагрузках (индентора). Определяют с целью:

• получения информации о допустимых конструкционных особенностях и о возможностях эксплуатации;
• анализа состояния под действием времени;
• контроля результатов температурной обработки.

От этого показателя частично зависят прочность и устойчивость поверхности к старению. Исследуют как исходный материал, так и уже готовые детали.

Варианты исследования

Показателем является величина, которая называется числом твердости. Существуют различные методы измерения твердости металлов. Наиболее точные исследования заключаются в использовании различных видов вычисления, инденторов и соответствующих твердомеров:

1. Бринелля: суть работы аппарата – вдавливание шарика в исследуемый металл или сплав, вычисление диаметра отпечатка и последующее математическое вычисление механического параметра.
2. Роквелла: используются шарик или алмазный конусный наконечник. Значение отображается на шкале или определяется расчётно.
3. Виккерса: наиболее точное измерение твердости металла с применением алмазного пирамидального наконечника.

Для определения параметрических соответствий между показателями разных способов измерения для одного и того же материала существуют специальные формулы и таблицы.

Факторы, определяющие вариант измерения

В лабораторных условиях, при наличии необходимого ассортимента оборудования, выбор способа исследования осуществляется в зависимости от определенных характеристик заготовки.

1. Ориентировочное значение механического параметра. Для конструкционных сталей и материалов с небольшой твердостью до 450-650 НВ применяют метод Бринелля; для инструментальных, легированных сталей и других сплавов – Роквелла; для твердосплавов – Виккерса.
2. Размеры испытуемого образца. Особо маленькие и тонкие детали обследуются с помощью твердомера Виккерса.
3. Толщина металла в месте замера, в частности, цементированного или азотированного слоя.

Все требования и соответствия задокументированы ГОСТом.

Особенности методики Бринелля

Испытания на твердость металлов и сплавов с помощью твердомера Бринелля проводятся со следующими особенностями:

1. Индентор – шарик из легированной стали или из карбидо-вольфрамового сплава диаметром 1, 2, 2,5, 5 или 10 мм (гост 3722-81).
2. Продолжительность статического вдавливания: для чугуна и стали – 10-15 с., для цветных сплавов – 30, также возможна длительность в 60 с., а в некоторых случаях – 120 и 180 с.
3. Граничное значение механического параметра: 450 НВ при измерении стальным шариком; 650 НВ при использовании твердосплава.
4. Возможные нагрузки. С помощью входящих в комплект грузов корректируется фактическая сила деформации на испытуемый образец. Их минимальные допустимые значения: 153,2, 187,5, 250 Н; максимальные – 9807, 14710, 29420 Н (гост 23677-79).

С помощью формул, в зависимости от диаметра выбранного шарика и от испытуемого материала, можно вычислить соответствующее допустимое усилие вдавливания.

Тип сплава	Математическое вычисление нагрузки
Сталь, сплавы никеля и титана	30D2
Чугун	10D2, 30D2
Медь и медные сплавы	5D2, 10D2, 30D2
Легкие металлы и сплавы	2,5D2, 5D2, 10D2, 15D2
Свинец, олово	1D2

Пример обозначения:

400HB10/1500/20, где 400HB – твердость металла по Бринеллю; 10 – диаметр шарика, 10 мм; 1500 – статическая нагрузка, 1500 кгс; 20 – период осуществления вдавливания, 20 с.

Для установления точных цифр рационально исследовать один и тот же образец в нескольких местах, а общий результат определять путем нахождения среднего значения из полученных.

Определение твердости по методу Бринелля

Процесс исследования протекает в следующей последовательности:

1. Проверка детали на соответствие требованиям (ГОСТ 9012-59, гост 2789).
2. Проверка исправности аппарата.
3. Выбор необходимого шарика, определение возможного усилия, установка грузов для его формирования, периода вдавливания.
4. Запуск твердомера и деформация образца.
5. Измерение диаметра углубления.
6. Эмпирическое вычисление.

НВ=F/A,

где F – нагрузка, кгс или Н; A – площадь отпечатка, мм².

НВ=(0,102*F)/(π*D*h),

где D – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм.

Твердость металлов, измеренная этим способом, имеет эмпирическую связь с вычислением параметров прочности. Метод точен, особенно для мягких сплавов. Является основополагающим в системах определения значений этого механического свойства.

Особенности методики Роквелла

Этот способ измерения был изобретен в 20-х годах XX века, более автоматизирован, чем предыдущий. Применяется для более твердых материалов. Основные его характеристики (ГОСТ 9013-59; гост 23677-79):

1. Наличие первичной нагрузки в 10 кгс.
2. Период выдержки: 10-60 с.
3. Граничные значения возможных показателей: HRA: 20-88; HRB: 20-100; HRC: 20-70.
4. Число визуализируется на циферблате твердомера, также может рассчитываться арифметически.
5. Шкалы и инденторы. Известно 11 различных шкал в зависимости от типа индентора и предельно-допустимой статической нагрузки. Наиболее распространённые в использовании: А, В и С.

А: алмазный конусный наконечник, угол при вершине 120˚, общая допустимая сила статического влияния – 60 кгс, HRA; исследуются тонкие изделия, в основном прокат.

С: также алмазный конус, рассчитанный на максимальное усилие 150 кгс, HRC, применим для твердых и закаленных материалов.

В: шарик размером 1,588 мм, изготовленный из закаленной стали или из твердого карбидо-вольфрамового сплава, нагрузка – 100 кгс, HRB, используется для оценки твердости отожжённых изделий.

Шарикообразный наконечник (1,588 мм) применим для шкал Роквелла B, F, G. Также существуют шкалы E, H, K, для которых используется шарик диаметром 3,175 мм (ГОСТ 9013-59).

Количество проб, проделанных с помощью твердомера Роквелла на одной площади, ограничивается размером детали. Допускается повторная проба на расстоянии 3-4 диаметра от предыдущего места деформации. Толщина испытуемого изделия также регламентируется. Она должна быть не меньше увеличенной в 10 раз глубины внедрения наконечника.

Пример обозначения:

50HRC – твердость металла по Роквеллу, измерена с помощью алмазного наконечника, ее число равно 50.

План исследования по методу Роквелла

Измерение твердости металла более упрощено, нежели для способа Бринелля.

1. Оценка размеров и характеристик поверхности детали.
2. Проверка исправности аппарата.
3. Определение типа наконечника и допустимой нагрузки.
4. Установка образца.
5. Осуществление первичного усилия на материал, величиной в 10 кгс.
6. Осуществление полного соответствующего усилия.
7. Чтение полученного числа на шкале циферблата.

Также возможен математический расчет с целью точного определения механического параметра.

При условии использования алмазного конуса с нагрузкой 60 или 150 кгс:

HR=100-((H-h)/0,002;

при совершении испытания с помощью шарика под усилием 100 кгс:

HR=130-((H-h)/0,002,

где h – глубина внедрения индентора при первичном усилии 10 кгс; H – глубина внедрения индентора при полной нагрузке; 0,002 – коэффициент, регламентирующий величину перемещения наконечника при изменении числа твердости на 1 единицу.

Метод Роквелла является простым, но недостаточно точным. В то же время он позволяет измерять показатели механического свойства для твердых металлов и сплавов.

Характеристики методики Виккерса

Определение твердости металлов по данному способу наиболее просто и точно. Работа твердомера основана на вдавливании в образец алмазного пирамидального наконечника.

Основные особенности:

1. Индентор: алмазная пирамида с углом при вершине 136°.
2. Предельно допустимая нагрузка: для легированного чугуна и стали – 5-100 кгс; для медных сплавов – 2,5-50 кгс; для алюминия и сплавов на его основе – 1-100 кгс.
3. Период выдержки статической нагрузки: от 10 до 15 с.
4. Испытуемые материалы: сталь и цветные металлы с твердостью более 450-500 НВ, в том числе изделия после химико-термической обработки.

Пример обозначения:

700HV20/15,

где 700HV – число твердости по Виккерсу; 20 – нагрузка, 20 кгс; 15 – период статического усилия, 15 с.

Последовательность исследования Виккерса

Порядок действий предельно упрощен.

1. Проверка образца и аппаратуры. Особое внимание уделяется поверхности детали.
2. Выбор допустимого усилия.
3. Установка испытуемого материала.
4. Запуск твердомера в работу.
5. Чтение результата на циферблате.

Математический расчет по этому способу выглядит следующим образом:

HV=1,8544*(F/d²),

где F – нагрузка, кгс; d – среднее значение длин диагоналей отпечатка, мм.

Он позволяет измерять высокую твердость металлов, тонких и небольших деталей, при этом предоставляя высокую точность результата.

Способы перехода между шкалами

Определив диаметр отпечатка с помощью специального оборудования, можно с помощью таблиц определить твердость. Таблица твердости металлов – проверенный помощник в вычислении данного механического параметра. Так, если известно значение по Бринеллю, можно легко определить соответствующее число Виккерса или Роквелла.

Пример некоторых значений соответствия:

Диаметр отпечатка, мм	Метод исследования
	Бринелля	Роквелла			Виккерса
		A	C	B
3,90	241	62,8	24,0	99,8	242
4,09	218	60,8	20,3	96,7	218
4,20	206	59,6	17,9	94,6	206
4,99	143	49,8	–	77,6	143

Таблица твердости металлов составлена на основе экспериментальных данных и имеет высокую точность. Также существуют графические зависимости твердости по Бринеллю от содержания углерода в железоуглеродистом сплаве. Так, в соответствии с такими зависимостями, для стали с количеством карбона в составе равному 0,2% она составляет 130 НВ.

Требования к образцу

В соответствии с требованиями ГОСТов, испытуемые детали должны соответствовать следующим характеристикам:

1. Заготовка должна быть ровная, твердо лежать на столе твердомера, ее края должны быть гладкими или тщательно обработаны.
2. Поверхность должна иметь минимальную шероховатость. Должна быть отшлифована и очищена, в том числе с помощью химических составов. Одновременно, во время процессов механической обработки, важно предупредить образование наклепа и повышения температуры обрабатываемого слоя.
3. Деталь должна соответствовать выбранному методу определения твердости по параметрическим свойствам.

Выполнение первичных требований – обязательное условие точности измерений.

Твердость металлов – важное основополагающее механическое свойство, определяющее их некоторые остальные механические и технологические особенности, результаты предыдущих процессов обработки, влияние временных факторов, возможные условия эксплуатации. Выбор методики исследования зависит от ориентировочных характеристик образца, его параметров и химического состава.

fb.ru

Твёрдость

Химия – Твёрдость

28 февраля 2011

Оглавление:
1. Твёрдость
2. Методы измерения твёрдости
3. Нормативные документы

свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора.

Твёрдость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Различают поверхностную и объемную твёрдость:

• поверхностная твёрдость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;
• объёмная твёрдость — отношение нагрузки к объёму отпечатка.

Различают также восстановленную и невосстановленную твёрдость. Восстановленная твёрдость определяется как отношение нагрузки к площади или объему отпечатка, а невосстановленная твёрдость определяется как отношение силы сопротивления внедрению индентора к площади или объему внедренной в материал части индентора.

Твёрдость измеряют в трёх диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон регламентирует величину нагрузки на индентор до 2 Н и глубину внедрения индентора больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения индентора, которая должна быть меньше 0,2 мкм. Часто твердость в нанодиапазоне называют нанотвердостью.

Измеряемая твердость, прежде всего, зависит от нагрузки, прикладываемой к индентору. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе — indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой индентора:

• для сферического индентора — с увеличением нагрузки твердость увеличивается — обратный размерный эффект;
• для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича — с увеличением нагрузки твердость уменьшается — прямой или просто размерный эффект;
• для сфероконического индентора — с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться.

Косвенно твердость также может зависеть от:

1. Межатомных расстояний.
2. Координационного числа — чем выше число, тем выше твёрдость.
3. Валентности.
4. Природы химической связи
5. От направления
6. Хрупкости и ковкости
7. Гибкости — минерал легко гнётся, изгиб не выпрямляется
8. Упругости — минерал сгибается, но выпрямляется
9. Вязкости — минерал трудно сломать
10. Спайности
11. и ряда других физико-механических свойств материала.

Наиболее твёрдыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, на 58 % превосходящий по твёрдости алмаз и фуллерит. Однако практическое применение этих веществ пока маловероятно. Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз.

Просмотров: 4032

4108.ru

Твердость — wiki.web.ru

Микротвердометр кафедры минералогии МГУ

сопротивление, оказываемое кристаллом царапающему, сверлящему, шлифующему или давящему предмету. На преодоление этого сопротивления должна быть затрачена определенная работа, которая может быть принята за меру твердости.Прибор для измерения твердости вещества называется склерометром. В минералогии твердость минерала определяется по 10-бальной шкале, придуманной австрийским химиком и минералогом Фридихом Моосом.

Источник: А.Г.Булах; Общая минералогия, Спб, 2002

---

Твердость различных классов минералов:

Иногда по сопротивлению минерала можно предположить к какому классу он скорее всего относится. В данном списке приведены некоторые значения твердости для различных классов минералов:

1. Самородные элементы не считая алмаза, обычно мягкие. Вместе с тем платина (4 – 4,5) и железо (4,5) достаточно твердые; еще большей твердостью (6 – 7 ) обладает иридосмин.
2. Соединения тяжелых металлов (серебра, меди, свинца, висмута и ртути) являются мягкими (твердость меньше 4).
3. Большинство сульфидов и сульфосолей мягкие, хотя допустим у пирита твердость 6 – 6.5.
4. Галогениды мягкие.
5. Карбонаты и сульфаты обычно мягкие.
6. Фосфаты обладают средним (5) значением твердости.
7. Безводные силикаты чаще всего твердые, а водные силикаты (слюды, цеолиты) мягкие.
8. Оксиды, как правило, твердые, а гидроксиды относительно мягкие.

Взаимосвязь между твердостью и структурой минералов.

Основные положения этой связи молжно сформулировать кратко, в виде тезисов.

1. Твердость тем больше, чем меньше размеры атомов или ионов.
2. Твердость увеличивается с увеличением валентности или заряда катионов, входящих в данный минерал.
3. Твердость возорастает с увеличением плотности упаковки.
4. Большое значение на твердость, по мнению академика В.С.Соболева оказывает степень координации атомов в соединениях. В окислах и силикатах наибольшая твёрдость принадлежит соединениям тех катионов, для которых отношение радиуса катиона к радиусу аниона отвечает нижнему пределу устойчивости координационного числа. Для доказательства этого утверждения смотрите таблицу в статье о плотности минералов. Причем, для силикатов, содержащих алюминий в шестерной координации, твердость выше, чем в алюмосиликатах, с четверной координацией алюминия.
5. Присутствие в соединении гидроксильных ионов воды несколько понижает твердость.

Как следствие этих двух закономерностей можно выделить еще две:
1. Твердость изменяется обратно пропорцонально межатомным расстояниям, а именно расстоянием между катионом и анионом.
2. Твердость изменяется прямо пропорционально плотности химических связей. Влияние размера иона легче всего проследить на примере изоморфной группы, где все вещества имеют одну и ту же кристаллическую структуру. Так, например, в группе кальцита радиус ионов изменяется от 1.00А⁰ (Ca) до 0.75А⁰ (Mg), а твердость при этом повышается от 3 у кальцита до 4 у магнезита. Другим хорошим примером может служить твердость гематита (4.5) и корунда 9.0. Влияние валентности или заряда четко проявляется при сравнении соединений с одинаковой структурой и близкими размерами ионов. Так натриевая селитра и кальцит и размеры ионов кальция и натрия близки друг к другу. Однако твердость натриевой селитры равна 2, а кальцита 3. Еще большая разница наблюдается между калиевой селитрой (2) и арагонитом (4), так как в этих минералах не только различаются ионные радиусы элементов, но и заряды этих двух ионов. Влияние плотности упаковки хорошо иллюстрируется на примере различных полиморфных модификаций минералов. В частности это отностся, например, к паре, кварц (удельный вес – 2,65; твердость – 7) и тридимит (удельный вес – 2,26, твердость – 6.5). Такая же взаимосвязь существует между твердостью и коэффицентом плотност упаковк: чем выше коэффицент плотности упаковки, тем твердость выше. Невероятно, но иногда, если коэффицент плотности упаковки больше 6, то обычно и минерала равна 6 или больше.

Имеются и некоторые второстепенные закономерности, например, чем ниже твердость, тем ниже точка плавления. За некоторым исключением, та из двух полиморфных модификаций, которая образовалась при более высоком давлении, плотнее и тверже, чем низкотемпературная модификация. Кроме того, твердость повышается с понижением температуры; так, твердость льда приближается к 6 при температуре – 40 градусов Цельсия. Известны также некоторые аномалии в изменении твердости, в частности, её значения для промежуточных членов некоторых рядов твердых растворов могут быть несколько выше, чем твердость обоих конечных членов таких рядов.

wiki.web.ru

Мооса шкала твердости | Справочник

Шкала твердости предложена в 1811 немецким минералогом Фридрихом Моосом. Предназначена для грубого сравнения относительной твёрдости материалов. Если испытываемый материал царапает эталон — его твёрдость по шкале Мооса выше, иначе его твёрдость ниже эталона.

Твердость	Минерал	Название химического вещества	Химическая формула
1	Тальк	–	Mg3Si4O10(OH)2
2	Галит (каменная соль)	Хлорид натрия	NaCl
3	Кальцит (известковый шпат)	Карбонат кальция	CaCO3
4	Флюорит (плавиковый шпат)	Фторид кальция	CaF2
5	Апатит	–	Ca5(PO4)3
6	Калиевый полевой шпат (ортоклаз)	–	K(AlSi3O8)
7	Кварц	Диоксид кремния	SiO2
8	Топаз	–	Al2SiO4
9	Корунд	–	Al2O3
10	Алмаз	Углерод	C

Твердость некоторых веществ по шкале Мооса

Вещество	Твердость
Агат	6-7
Алебастр	1,7
Антрацит	2
Сурьма	3
Асбест	2
Асфальт	1-2
Висмут	2,5
Бор	9,5
Цезий	0,2
Олово	1,8
Калий	0,5
Фосфор	0,5
Германий	6,25
Графит	1,2
Алюминий	2,9
Магний	2
Хром	9
Иридий	6,5
Кадмий	2
Кальцит	3
Карборунд	9,5-10
Кобальт	5,5
Кремний	7
Литий	0,6
Магнетит	6
Марганец	5
Медь	3
Латунь	3,5-4
Мрамор	3-4
Никель	3,8
Сталь	5-8,5
Вести	1,5
Осмий	7
Палладий	+4,8
Платина	4,3
Пирит	6,3
Рубидий	0,3
Гипс	1,6-2
Селен	2
Сера	2
Стекло	От 4,5 до 6,5
Слюда	2,8
Натрий	0,4
Серебро	2,7
Стронций	1,8
Теллур	2,3
Ванадий	6
Кальций	1,5
Воск (0 °C)	0,2
Сплав Вуда	3
Цинк	2,5
Циркон	8
Золото	2,5
Железо	4,5

uralzsm.ru

Свойства твердость – Справочник химика 21

    Нанесение защитных покрытий — один из наиболее распространенных методов борьбы с коррозией. Покрытия не только защищают поверхность от коррозии, но и придают ей ряд ценных физико-механических свойств твердость, износостойкость. [c.462]

    Механические свойства. Видимо, нет другой категории свойств металла, которая была бы столь чувствительной к несовершенствам кристаллической структуры, как механические свойства твердость, пластичность, прочность. [c.324]

    Кобальт Магнитные свойства, твердость, самозакаливание. [c.352]

    Следовательно, энергетические характеристики кристаллов и их физические свойства (твердость и другие) можно сопоставлять только при условии однотипности кристаллических структур и связей. [c.212]

    Железо образует множество сплавов с различными металлами и неметаллами одни из них попадают в железо при его выплавке в промышленных условиях (С, S, Р, Si), другие вводятся искусственно (Мп, Ni, Сг и др.) для придания сплавам технически полезных свойств (твердость, термическая и коррозионная стойкость, ковкость и др.). [c.187]

    Литий применяют в антифрикционных сплавах для подшипников и как добавку, улучшающую механические свойства (твердость, уменьшение зерна, вязкость, упругость и пр.) различных сплавов. Сплавы, [c.42]

    В зависимости от природы исходного каучука, свойств ингредиентов и степени вулканизации резин наблюдается разная степень изменения показателей. В большинстве случаев повышение температуры приводит к снижению прочностных свойств, твердости, износостойкости, остаточных деформаций и повышению эластичности до определенного предела с последующей реверсией в связи с возрастанием энергии теплового движения цепных макромолекул каучука и уменьшением энергии межмолекулярного взаимодействия в вулканизате. При этом возможно плавление кристаллической структуры каучука. Так, вулканизаты на основе НК, обладающие высокими прочностными свойствами при комнатной температуре, вследствие резкого падения прочности при повышении температуры теряют необходимые эксплуатационные свойства. Достаточную теплостойкость проявляют резины на основе хлоропренового каучука и вулканизаты на основе каучуков общего назначения в присутствии ускорителей типа тиазолов и продуктов конденсации альдегидов с аминами, высокую — резины на основе СКФ, СКТ, акрилатного каучука. [c.169]

    Тантал — тяжелый металл характерного синевато-серого цвета. В чистом виде он обладает хорошими механическими свойствами твердостью, ковкостью и тягучестью. По прочности танталовая жесть как прокатанная, так и отпущенная близка к прокатанной и отпущенной стали. Тантал хорошо прокатывается и обрабатывается под давлением после отжига в холодном состоянии может быть обжат на 60%. Сваривается под водой как с самим собой, так и с ЫЬ и N1. Отличается плохой теплопроводностью и электропроводностью сопротивление тантала электрическому току в 7 раз больше, чем у меди, а температурный коэффициент электрического сопротивления меньше, чем у меди. При высокой температуре в вакууме он распыляется очень мало, на чем основано его применение в лампах накаливания. В нагретом состоянии поглощает N3 и другие газы, которые пол- [c.305]

    Помимо таких случаев, встречаются фазы переменного состава, в которых максимум температуры плавления не совпадает со стехиомет-рическим составом (см. рис. 9-6). На кривых изменения других свойств (твердости, электропроводности и пр.) в области гомогенности таких фаз не обнаруживается экстремумов (линия в нижней части рисунка). По Курнакову, это значит, что соединение, на котором основано образование твердого раствора, лежит вне пределов области гомогенности, (на рис. 9-6 этот состав A,jB, отмечен пунктирной линией). [c.145]

    Помимо плотности и растворимости, имеются и другие свойства, которые можно точно измерить и выразить в численных значениях. Таким свойством является точка .давления— температура, при которой твердое вещество плавится, образуя жидкость. В то же время вещества обладают рядом интересных физических свойств, которые по своей природе не столь просты. Одно из такого рода свойств — ковкость — легкость, с которой из вещества можно изготовлять тонкие листы. Подобным же свойством является тягучесть-, чем больше тягучесть вещества, тем легче из него вытянуть проволоку. Аналогичное свойство твердость-, принято считать, что одно вещество мягче другого, если при помощи второго вещества можно нанести царапины на первом. К важным физическим свойствам относится цвет вещества. [c.19]

    Гайки и шпильки необходимо делать из сталей разных марок, а при изготовлении из стали одной марки — с разными механическими свойствами (твердостью). [c.29]

    Описание вещества начинается с краткой словесной характеристики, включающей цвет, (обычно для агрегатного состояния при комнатной температуре), некоторые качественные физические свойства (твердость, хрупкость, термическая устойчивость, фазовые переходы), особенности строения, устойчивость на воздухе, растворимость в воде, наличие или отсутствие взаимодействия с распространенными простыми и сложными веществами, указание на способы получения в лаборатории и в промышленно- 

www.chem21.info