Ո՞րն է ավելի կոշտ՝ գրանի՞տը, թե՞ մարմարը, նիկելը, թե ալյումինը: Եվ այնուամենայնիվ ի՞նչ է կարծրությունը։ Մենք կփորձենք պատասխանել այս հարցերին մեր հոդվածում: Օտարերկրյա մի շարք գիտնականներ զբաղվել են միներալների և նյութերի կարծրության որոշման խնդրով։ Նրանց թվում են Ալբերտ Շորը, Ֆրիդրիխ Մուսը, Յոհան Ավգուստ Բրինելը, Ուիլյամ Վիկերսը և այլք։ Այնուամենայնիվ, գիտության մեջ կարծրության հաշվարկման միակ և ընդհանուր ընդունված մեթոդը դեռևս գոյություն չունի:
Ի՞նչ է կարծրությունը
Գիտությանը հայտնի նյութերից յուրաքանչյուրն ունի մի շարք հատուկ ֆիզիկական հատկություններ և որակներ: Այս հոդվածում կքննարկվի, թե ինչ է կարծրությունը: Սա նյութի կարողությունն է՝ դիմակայելու մեկ այլ, ավելի դիմացկուն մարմնի ներթափանցմանը իր մեջ (օրինակ՝ կտրող կամ ծակող գործիք):
Նյութերի կարծրությունը ամենից հաճախ չափվում է հատուկ միավորներով՝ կգֆ/մմ2 (կիլոգրամ-ուժ մեկ քառակուսի միլիմետր տարածքի համար): Այն նշվում է լատիներեն HB, HRC կամ HRB տառերով՝ կախված ընտրված մասշտաբից:
Երկրի վրա ամենադժվար հանքանյութը ադամանդն է: Եթե խոսենք արհեստական ծագման նյութերի մասին, ապա ամենադիմացկունը ֆուլերիտն է։ Այն մոլեկուլային բյուրեղ է, որը ձևավորվում է բարձր ջերմաստիճանի (մոտ 300 աստիճան Ցելսիուս) և չափազանց բարձր ճնշման (ավելի քան 90000 մթնոլորտ) ժամանակ։ Ըստ գիտնականների՝ ֆուլերիտը մոտ մեկուկես անգամ ավելի պինդ է, քան ադամանդը։
Ի՞նչ է կարծրությունը
Կա երեք հիմնական կարծրության տարբերակ.
- Մակերևույթ (որոշվում է բեռնվածքի և տպագրության մակերեսի հարաբերակցությամբ):
- Պրոեկցիա (բեռի հարաբերակցությունը դրոշմվածքի պրոյեկցիոն տարածքին):
- Ծավալ (բեռնվածություն տպագրության ծավալի հարաբերակցությունը):
Բացի այդ, ֆիզիկական մարմինների կարծրությունը չափվում է չորս միջակայքում.
- Նանոկարդություն (1 գֆ-ից պակաս բեռ):
- Միկրոկարծրություն (1 – 200 գֆ):
- Կարծրություն ցածր բեռների դեպքում (200 gf - 5 kgf).
- Մակրոկարծրություն (ավելի քան 5 կգֆ):
Մետաղների կարծրություն
Մենդելեևի պարբերական համակարգի 104 տարրերից 82-ը մետաղներ են։ Իսկ մարդուն հայտնի համաձուլվածքների ընդհանուր թիվը հասնում է հինգ հազարի: Մետաղների շրջանակը ժամանակակից աշխարհում աներևակայելի լայն է: Դրանք են ռազմական և քիմիական արդյունաբերությունը, մետալուրգիան, էլեկտրատեխնիկան, տիեզերական արդյունաբերությունը, ոսկերչությունը, նավաշինությունը, բժշկությունը և այլն։
Մետաղների բոլոր ֆիզիկական և քիմիական բնութագրերի շարքում կարծրությունը հեռու է վերջինից.դերը։ Ի վերջո, նա հստակ ցույց է տալիս.
- մետաղի մաշվածության դիմադրության աստիճան;
- ճնշման դիմադրություն;
- այլ նյութեր կտրելու կարողությունը:
Ի թիվս այլ բաների, մետաղի կարծրությունը ցույց է տալիս, թե արդյոք այն կարելի է մշակել որոշակի մեքենաների վրա, հղկվել և այլն: Ի դեպ, գիտնականները վաղուց ապացուցել են, որ մետաղի կարծրությունը մեծապես որոշում է նրա մյուս մեխանիկական հատկությունները։
Որքա՞ն է երկաթի, պղնձի և ալյումինի կարծրությունը: Իսկ ո՞ր մետաղն է ամենադժվարն ու դիմացկուն։
Մագնեզիումը և ալյումինը ամենափափուկ մետաղներից են։ Նրանց կարծրության արժեքները տատանվում են 5 կգ/մմ 2 սահմաններում: Մոտ երկու անգամ ավելի կոշտ՝ նիկել և պղինձ (մոտ 10 կգ/մմ2): Երկաթի կարծրությունը գնահատվում է 30 կգ/մմ2: Դե, բնական ծագման ամենադժվար մետաղներից են տիտանը, օսմիումը և իրիդիումը:
Կարծրության որոշում. մեթոդներ, մեթոդներ և մոտեցումներ
Ինչպե՞ս է չափվում ֆիզիկական մարմնի կարծրությունը: Դա անելու համար նմուշի մեջ ներմուծվում է այսպես կոչված ներդիր: Նրա դերը կարող է խաղալ ծանր մետաղական գնդակը, բուրգը կամ ադամանդե կոնը: Անջատիչի անմիջական շփման էֆեկտից հետո փորձանմուշի վրա մնում է դրոշմ, որի չափը որոշում է նյութի կարծրությունը։
Գործնականում օգտագործվում են կարծրության չափման մեթոդների երկու խումբ՝
- Դինամիկ.
- Կինետիկ.
Այս դեպքում կարող է իրականացվել կիրառվող ծանրաբեռնվածությունը միջանցքի մարմնի մեջ մտցնելու ժամանակ.քերծվածքով, նահանջով (առավել հաճախ), կտրելով կամ ետադարձով:
Այսօր կան կարծրության որոշման մի քանի տարբեր մոտեցումներ.
- Rockwell;
- Brinell;
- ըստ Vickers;
- Շորի կողմից;
- ըստ Մոհսի.
Համապատասխանաբար կան նյութերի կարծրության մի շարք տարբեր սանդղակներ, որոնց միջև ուղղակի կապ չկա։ Չափման այս կամ այն մեթոդը ընտրվում է մի շարք գործոնների հիման վրա (օրինակ, որոշակի նյութի հատկությունները, փորձի պայմանները, օգտագործվող սարքավորումները և այլն): Մետաղների կամ հանքանյութերի կարծրությունը որոշող սարքերը սովորաբար կոչվում են կարծրության ստուգիչներ։
Ռոքվելի մեթոդ
Ռոքվելի կարծրության արժեքը որոշվում է փորձանմուշի մակերեսին մնացած ադամանդի կոնի կամ մետաղական գնդիկի խորությամբ: Ավելին, այն անչափ է և նշվում է HR տառերով։ Շատ փափուկ նյութերը կարող են բացասական կարծրության արժեքներ ունենալ:
Այսպես կոչված Rockwell կարծրության ստուգիչը հայտնագործվել է անցյալ դարի սկզբին ամերիկացիներ Հյու Ռոքվելի և Սթենլի Ռոքվելի կողմից։ Ինչպես է այն աշխատում, կարող եք տեսնել հետևյալ տեսանյութում։ Այս մեթոդի համար կարևոր գործոն է փորձանմուշի հաստությունը: Այն չպետք է տասը անգամ պակաս լինի փորձարկման մարմնի մեջ ներթափանցման խորությունից:
Կախված ներդիրի տեսակից և կիրառվող բեռից՝ առանձնանում են երեք չափման կշեռքներ: Դրանք նշանակված են երեք լատիներեն տառերով՝ A, B և C: Rockwell կարծրության արժեքը ունի թվային ձև: Օրինակ՝ 25.5 HRC (վերջտառը ցույց է տալիս թեստի ժամանակ օգտագործված սանդղակը):
Բրինելի մեթոդ
Բրինելի կարծրության արժեքը որոշվում է փորձարկվող մետաղի մակերևույթի վրա կարծրացած պողպատե գնդիկի թողած տպավորությունի տրամագծով: Չափման միավորն է կգֆ/մմ2։
Մեթոդը առաջարկվել է 1900 թվականին շվեդ ինժեներ Յոհան Ավգուստ Բրինելի կողմից։ Փորձարկումն իրականացվում է հետևյալ կերպ. նախ սահմանվում է նմուշի վրա ներդիրի նախաբեռնումը, և միայն դրանից հետո՝ հիմնականը։ Ավելին, այս ծանրաբեռնվածության տակ գտնվող նյութը կարող է դիմակայել մինչև 30 վայրկյան, որից հետո չափվում է խորշման խորությունը: Բրինելի կարծրությունը (որը նշված է որպես HB) հաշվարկվում է որպես կիրառվող բեռի հարաբերակցությունը ստացված տպագրության մակերեսին:
Կարծրության որոշ արժեքներ տարբեր նյութերի համար (ըստ Brinell):
- Փայտ – 2, 6-7, 0 HB:
- Ալյումին - 15 HB.
- պղինձ – 35 HB.
- Թեթև պողպատ - 120 HB.
- Ապակի – 500 HB.
- Գործիքների պողպատ - 650-700 HB.
Վիկերսի մեթոդ
Կարծրությունը ըստ Vickers մեթոդի որոշվում է նմուշի մեջ ադամանդի ծայրը սեղմելով, որն ունի կանոնավոր քառանկյուն բուրգի ձև: Բեռը հանելուց հետո չափեք նյութի մակերեսի վրա ձևավորված երկու անկյունագծերը և հաշվարկեք միջին թվաբանական արժեքը d (միլիմետրերով):
Vickers կարծրության ստուգիչը բավականին կոմպակտ է (տես ստորև նկարը): Փորձարկումն իրականացվում է սենյակային ջերմաստիճանում (+20 աստիճան): Մարմնի կարծրության արժեքը նշվում է HV տառերով:
Շոր մեթոդ
Կարծրության չափման այս մեթոդն առաջարկել է ամերիկացի գյուտարար Ալբերտ Շորը։ Այն նաև հաճախ կոչվում է «վերադարձի մեթոդ»: Shore-ի կարծրությունը չափելիս ստանդարտ չափսի և զանգվածի հարվածող սարքը որոշակի բարձրությունից գցվում է փորձարկվող նյութի մակերեսին: Այս փորձի հիմնական արժեքը հարձակվողի հետադարձ բարձրությունն է, որը չափվում է սովորական միավորներով:
Ափի կարծրությունը չափվում է 20-ից 140 միավորի սահմաններում: Հարյուր միավորը համապատասխանում է 13,6 մմ (± 0,5 մմ) հետադարձ բարձրությանը: Ստանդարտի համաձայն, այս արժեքը կարծրացած ածխածնային պողպատի կարծրությունն է: Ըստ Shore-ի նյութերի կարծրությունը չափելու ժամանակակից սարքը կոչվում է սկլերոսկոպ կամ դորոմետր (այն երևում է ստորև ներկայացված լուսանկարում):
Mohs սանդղակ
Մոհսի կարծրության սանդղակը հարաբերական է և վերաբերում է բացառապես օգտակար հանածոներին: Որպես տեղեկատու միներալներ ընտրվել են տասը միներալներ, որոնք դասավորվել են կարծրության աճի կարգով (ստորև ներկայացված լուսանկարային դիագրամում): Համապատասխանաբար, սանդղակն ունի 10 միավոր (1-ից մինչև 10):
Կարծրության հանքաբանական սանդղակը առաջարկվել է գերմանացի գիտնական Ֆրիդրիխ Մուսի կողմից դեռ 1811 թվականին։ Այնուամենայնիվ, այն դեռ օգտագործվում է երկրաբանության մեջ։
Ինչպե՞ս որոշել որոշակի հանքանյութի կարծրությունը Մոհսի սանդղակով: Դա կարելի է անել՝ ուշադիր ուսումնասիրելով նմուշի թողած քերծվածքը: Հարմար է օգտագործել եղունգ, պղնձե մետաղադրամ, ապակու կտոր կամ պողպատե դանակ։
Այնպես որ, եթեփորձարկված միներալը գրում է թղթի վրա առանց քերծելու, ապա դրա կարծրությունը հավասար է մեկի։ Եթե քարը հեշտությամբ քերծվում է եղունգով, ապա դրա կարծրությունը 2 է։ Երեք կետն ունի հանքանյութեր, որոնք հեշտությամբ քերվում են դանակով։ Եթե քարի վրա հետք թողնելու համար անհրաժեշտ է որոշակի ջանքեր գործադրել, ապա դրա կարծրությունը 4 կամ 5 է: 6 և ավելի կարծրությամբ հանքանյութերն իրենք քերծվածքներ են թողնում դանակի սայրի վրա:
Եզրակացություն…
Ուրեմն ի՞նչ է կարծրությունը: Սա ֆիզիկական մարմնի կարողությունն է դիմակայելու ոչնչացմանը և դեֆորմացիային տեղական շփման ուժերի ազդեցության տակ: Երկրի վրա ամենադժվար հանքանյութը համարվում է ադամանդը, իսկ ամենադիմացկուն մետաղը՝ իրիդիումը։ Ժամանակակից գիտության և տեխնիկայի մեջ օգտագործվում են կարծրության չափման մի քանի մեթոդներ (ըստ Brinell, Rockwell, Vickers, Shore և Mohs):
