Alin ang mas matigas, granite o marmol, nickel o aluminum? At ano pa rin ang katigasan? Susubukan naming sagutin ang mga tanong na ito sa aming artikulo. Ang isang bilang ng mga dayuhang siyentipiko ay humarap sa problema ng pagtukoy sa katigasan ng mga mineral at sangkap. Kabilang sa mga ito ay sina Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers at iba pa. Gayunpaman, ang tanging at karaniwang tinatanggap na paraan para sa pagkalkula ng katigasan sa agham ay hindi pa rin umiiral.
Ano ang tigas?
Ang bawat isa sa mga sangkap na kilala sa agham ay may ilang partikular na pisikal na katangian at katangian. Tatalakayin ng artikulong ito kung ano ang tigas. Ito ang kakayahan ng isang materyal na labanan ang pagtagos ng isa pa, mas matibay na katawan dito (halimbawa, isang tool sa pagputol o pagbubutas).
Ang katigasan ng mga substance ay kadalasang sinusukat sa mga espesyal na unit - kgf/mm2 (kilogram-force bawat square millimeter of area). Ito ay itinalaga sa mga letrang Latin na HB, HRC o HRB, depende sa napiling sukat.
Ang pinakamahirap na mineral sa Earth ay brilyante. Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga materyales ng artipisyal na pinagmulan, kung gayon ang pinaka matibay ay fullerite. Ito ay isang molekular na kristal na nabubuo sa mataas na temperatura (mga 300 degrees Celsius) at napakataas na presyon (mahigit sa 90,000 atmospheres). Ayon sa mga siyentipiko, ang fullerite ay humigit-kumulang isa at kalahating beses na mas matigas kaysa sa brilyante.
Ano ang tigas?
May tatlong pangunahing opsyon sa tigas:
- Surface (tinutukoy sa ratio ng load sa surface area ng print).
- Projection (ang ratio ng load sa projection area ng imprint).
- Volume (load to print volume ratio).
Bukod dito, ang tigas ng pisikal na katawan ay sinusukat sa apat na hanay:
- Nanohardness (Mag-load ng mas mababa sa 1 gf).
- Microhardness (1 – 200 gf).
- Tigas sa mababang load (200 gf - 5 kgf).
- Macrohardness (higit sa 5 kgf).
Katigasan ng mga metal
Sa 104 na elemento ng periodic system ni Mendeleev, 82 ay mga metal. At ang kabuuang bilang ng mga haluang metal na kilala ng tao ay umabot sa limang libo! Ang saklaw ng mga metal sa modernong mundo ay hindi kapani-paniwalang malawak. Ito ang mga industriya ng militar at kemikal, metalurhiya, electrical engineering, space industry, alahas, paggawa ng barko, gamot, atbp.
Sa lahat ng pisikal at kemikal na katangian ng mga metal, ang katigasan ay malayo sa hulipapel. Pagkatapos ng lahat, malinaw niyang ipinakita ang:
- degree ng wear resistance ng metal;
- pressure resistance;
- kakayahang mag-cut ng iba pang materyales.
Bukod sa iba pang mga bagay, ang katigasan ng isang metal ay nagpapakita kung ito ay maaaring iproseso sa ilang mga makina, kung ito ay maaaring pulido at iba pa. Oo nga pala, matagal nang napatunayan ng mga siyentipiko na ang tigas ng isang metal ay higit na tumutukoy sa iba pang mga mekanikal na katangian nito.
Ano ang tigas ng bakal, tanso at aluminyo? At aling metal ang pinakamatigas at pinakamatibay?
Ang
Magnesium at aluminum ay kabilang sa pinakamalambot na metal. Ang kanilang hardness value ay nag-iiba-iba sa loob ng 5 kgf/mm2. Humigit-kumulang dalawang beses na mas matigas - nickel at tanso (mga 10 kgf/mm2). Ang tigas ng bakal ay tinatantya sa 30 kgf/mm2. Well, ang pinakamatigas na metal na natural na pinagmulan ay kinabibilangan ng titanium, osmium at iridium.
Pagpapasiya ng katigasan: mga pamamaraan, pamamaraan at diskarte
Paano sinusukat ang tigas ng pisikal na katawan? Upang gawin ito, ang isang tinatawag na indenter ay ipinakilala sa sample. Ang papel nito ay maaaring gampanan ng isang heavy-duty na metal na bola, pyramid o diamond cone. Pagkatapos ng direktang contact effect ng indenter, may imprint na nananatili sa test sample, na ang laki nito ay tumutukoy sa tigas ng materyal.
Sa pagsasanay, dalawang grupo ng mga paraan para sa pagsukat ng katigasan ang ginagamit:
- Dynamic.
- Kinetic.
Sa kasong ito, ang inilapat na pagkarga sa panahon ng pagpapapasok ng indenter sa katawan ay maaaring isagawasa pamamagitan ng pagkamot, pag-indent (pinaka madalas), pagputol o pag-rebound.
Ngayon ay may iba't ibang paraan sa pagtukoy ng katigasan:
- Rockwell;
- Brinell;
- ayon kay Vickers;
- by Shore;
- ayon kay Mohs.
Ayon, mayroong iba't ibang sukat ng katigasan ng mga materyales, walang direktang ugnayan sa pagitan ng mga ito. Ang isa o isa pang paraan ng pagsukat ay pinili batay sa isang bilang ng mga kadahilanan (halimbawa, ang mga katangian ng isang partikular na materyal, ang mga kondisyon ng eksperimento, ang kagamitan na ginamit, atbp.). Ang mga device na tumutukoy sa tigas ng mga metal o mineral ay karaniwang tinatawag na hardness tester.
Rockwell method
Ang Rockwell hardness value ay tinutukoy ng lalim ng indentation ng isang diamond cone o metal ball na naiwan sa ibabaw ng test piece. Bukod dito, ito ay walang sukat at tinutukoy ng mga titik na HR. Ang mga materyal na masyadong malambot ay maaaring may mga negatibong halaga ng tigas.
Ang tinatawag na Rockwell hardness tester ay naimbento sa simula ng huling siglo ng mga Amerikanong sina Hugh Rockwell at Stanley Rockwell. Makikita mo kung paano ito gumagana sa sumusunod na video. Ang isang kritikal na kadahilanan para sa pamamaraang ito ay ang kapal ng ispesimen ng pagsubok. Hindi dapat mas mababa sa sampung beses ang lalim ng pagtagos ng indenter sa katawan ng pagsubok.
Depende sa uri ng indenter at inilapat na load, mayroong tatlong sukatan ng pagsukat. Ang mga ito ay itinalaga ng tatlong Latin na letra: A, B at C. Ang Rockwell hardness value ay may numerical form. Halimbawa: 25.5 HRC (hulingang titik ay nagpapahiwatig ng sukat na ginamit sa pagsusulit).
Brinell method
Ang halaga ng katigasan ng Brinell ay tinutukoy ng diameter ng impression na iniwan ng isang tumigas na bolang bakal sa ibabaw ng metal na sinusuri. Ang unit ng sukat ay kgf/mm2.
Ang pamamaraan ay iminungkahi noong 1900 ng Swedish engineer na si Johan August Brinell. Ang pagsubok ay isinasagawa bilang mga sumusunod: una, ang preload ng indenter sa sample ay nakatakda, at pagkatapos lamang - ang pangunahing isa. Bukod dito, ang materyal sa ilalim ng pagkarga na ito ay maaaring makatiis ng hanggang 30 segundo, pagkatapos nito ay sinusukat ang lalim ng indentation. Ang katigasan ng Brinell (tinukoy bilang HB) ay kinakalkula bilang ratio ng inilapat na load sa surface area ng resultang print.
Ilang halaga ng hardness para sa iba't ibang materyales (ayon kay Brinell):
- Kahoy – 2, 6-7, 0 HB.
- Aluminum - 15 HB.
- Copper – 35 HB.
- Mild steel - 120 HB.
- Basa – 500 HB.
- Tool steel - 650-700 HB.
paraan ng Vickers
Ang tigas ayon sa pamamaraan ng Vickers ay natutukoy sa pamamagitan ng pagpindot ng tip ng brilyante sa sample, na may hugis ng isang regular na quadrangular pyramid. Pagkatapos alisin ang load, sukatin ang dalawang diagonal na nabuo sa ibabaw ng materyal at kalkulahin ang arithmetic mean value d (sa millimeters).
Vickers hardness tester ay medyo compact (tingnan ang larawan sa ibaba). Ang pagsubok ay isinasagawa sa temperatura ng silid (+20 degrees). Ang halaga ng katigasan ng katawan ay ipinahiwatig ng mga titik HV.
Maikling paraan
Ang pamamaraang ito ng pagsukat ng katigasan ay iminungkahi ng Amerikanong imbentor na si Albert Shor. Madalas din itong tinutukoy bilang "rebound method". Kapag sinusukat ang katigasan ng Shore, ang isang striker na may karaniwang sukat at masa ay ibinabagsak mula sa isang tiyak na taas papunta sa ibabaw ng materyal na sinusuri. Ang pangunahing halaga ng eksperimentong ito ay ang taas ng rebound ng striker, na sinusukat sa mga karaniwang unit.
Shore hardness ay sinusukat sa hanay mula 20 hanggang 140 units. Ang isang daang unit ay tumutugma sa taas ng rebound na 13.6 mm (± 0.5 mm). Ayon sa pamantayan, ang halagang ito ay ang tigas ng hardened carbon steel. Ang isang modernong aparato para sa pagsukat ng katigasan ng mga materyales ayon sa Shore ay tinatawag na scleroscope o durometer (makikita ito sa larawan sa ibaba).
Mohs scale
Ang sukat ng katigasan ng Mohs ay relatibong at eksklusibong naaangkop sa mga mineral. Sampung mineral ang napili bilang reference na mineral, na inayos ayon sa pagtaas ng katigasan (sa diagram ng larawan sa ibaba). Alinsunod dito, ang sukat ay may 10 puntos (mula 1 hanggang 10).
Ang mineralogical scale ng hardness ay iminungkahi ng German scientist na si Friedrich Moos noong 1811. Gayunpaman, ginagamit pa rin ito sa heolohiya.
Paano matukoy ang tigas ng isang partikular na mineral sa sukat ng Mohs? Magagawa ito sa pamamagitan ng maingat na pagsusuri sa scratch na iniwan ng sample. Maginhawang gumamit ng kuko, tansong barya, piraso ng salamin o bakal na kutsilyo.
Kaya kungang sinubok na mineral ay nagsusulat sa papel nang hindi ito kinakamot, kung gayon ang katigasan nito ay katumbas ng isa. Kung ang bato ay madaling makalmot ng kuko, ang tigas nito ay 2. Tatlong punto ay may mga mineral na madaling makalmot ng kutsilyo. Kung kailangan mong magsikap na mag-iwan ng marka sa bato, ang tigas nito ay 4 o 5. Ang mga mineral na may tigas na 6 o mas mataas ay nag-iiwan ng mga gasgas sa talim ng kutsilyo.
Sa konklusyon…
So ano ang tigas? Ito ang kakayahan ng isang pisikal na katawan na labanan ang pagkasira at pagpapapangit sa ilalim ng impluwensya ng mga lokal na puwersa ng pakikipag-ugnay. Ang pinakamahirap na mineral sa Earth ay itinuturing na brilyante, at ang pinakamatibay na metal ay iridium. Sa modernong agham at teknolohiya, maraming paraan ng pagsukat ng katigasan ang ginagamit (ayon kay Brinell, Rockwell, Vickers, Shore at Mohs).
