Твердость стали по Моосу

Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Твердость стали по Моосу

Шкала твердости минералов или минералогическая шкала Мооса составлена на основании эталонных образцов по степени относительной твердости от 1 до10. Качественный порядковый показатель прочностной стойкости минералов, включённых в эту шкалу, выявляется путём царапания. Механическая способность более твёрдых материалов наносить царапины на более мягкие породы определяет относительную твёрдость минералов того или иного типа.

10 минеральных элементов Мооса представлены в качестве эталонных образцов и упорядочены в порядке возрастания, что позволяет наглядно определить, какой минерал твёрже. Так, например, тальк занимает первую позицию в таблице и считается наиболее мягким среди прочих представленных на шкале. По другую сторону расположился алмаз, который по критерию «прочность минерала» занимает самую вершину, то есть 10-ую позицию по шкале Мооса и не имеет аналогов в природе по этому показателю.

Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике

Эта система была создана в начале XIX века немецким геологом, минерологом и изобретателем того времени, Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии для определения показателя твёрдости было создано ещё много схожих методик, включая метод Кнупа, Бринеля, Виккерса и Роквела.

Минералы шкалы Мооса, определяемые по твёрдости, распределены в соответствии с относительным целочисленным сравнении. Эта сравнительная характеристика основана на устойчивости образца к царапанию. Существуют популярные методы, которые используют в качестве сравнительной характеристики устойчивость к вдавливанию.

В этих исследовательских методах в качестве инструмента испытания используется индентор, вдавливающийся в исследуемый кусок минеральной породы. При этом производятся доскональные замеры силового показателя давления. Полученные показатели размеров и глубины выемки с учётом силы давления позволяют рассчитать показатели твёрдости.

Но в подобных методах измерения для испытаний используют самые разные технические приспособления и способы расчёта. Поэтому прямое сравнение полученных показателей для различных минералов в различных условиях несопоставимы друг с другом напрямую.

Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение – сама методика более проста и дешева в плане реализации и более доступна для понимания. С другой стороны, такой тип измерений не способен обеспечить высочайшую степень точности. Тем не менее, она актуальна среди современных геологов, работающих в полевых условиях.

Её часто используют для первичного определения типа минеральных пород при исследовании полученных образцов на месте, когда проведение более сложных тестов затруднительно или невозможно. Именно поэтому результаты измерения твёрдости по шкале Мооса принято называть относительными.

Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?

Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.

К примеру, при помощи карманного ножа можно определить, относится ли образец к числу менее или более твердых минеральных пород, значение которых по Моосу переваливает за 5-6. Вот таблица некоторых подручных предметов и степени их твёрдости, которые могут помочь в определении относительной твёрдости, а, соответственно, и типа минерала:

Материал Степень твёрдости
Карандаш 1
Соль поваренная 2
Монета (медь) 3
Гвоздь 4-4,5
Стекло 5
Нож – стальные напильники 5,5-6,5
Режущий инструмент из закалённой стали 7 – 7+
Наждачная бумага 8
Обратная проба (образец способен царапать/резать стекло) 9-10

В практических целях могут пригодиться и знания о том, что ногтем можно оставить царапину на гипсовой поверхности и образцах, которых уступают по твёрдости гипсу. Твёрдость стального ножа приближена к природному кварцу – им можно без проблем царапать стекло.

Некоторые разновидности драгкамней по показателю твёрдости приближены к кварцу. Кроме того, из можно отличить внешне от изделий из стекла, воспользовавшись напильником.

Если прочностной показатель для камня составляет не менее 7 баллов по Моосу, на практике это означает, что он не способен царапать кварц, равно как и кварц не способен поцарапать этот камень.

В этой системе измерения твёрдости минералов присутствуют и промежуточные значения, например, 6,5, 7,5 и т.п. Если взять хирозоберилл, то он относится к 8,5 степени твёрдости. По сути, это значит, что эталон способен царапать топаз примерно так же, как его способен царапать корунд. А вот гранат пироп немногим твёрже кварца (7), но немного уступает по этому показателю бериллу (7,5). Тем не менее, его твёрдость также обозначается числом 7,5.

Подробно о каждом основном минерале, представленном на шкале Мооса

Тальк

Это достаточно распространённая порода, с которой сталкивались многие в повседневной жизни. Это вещество используется в качестве присыпки детской. Тальком покрывают внутреннюю часть велосипедных шин и хозяйских резиновых перчаток.

Его относят к первому номеру по шкале Мооса, поскольку на этой породе можно оставить след даже ногтем. При этом ни один последующий образец невозможно поцарапать тальковой породой. По твёрдости он аналогичен графиту.

Гипс

Этот эталон широко используется в травматологии для наложения фиксирующих повязок при переломах конечностей. Нередко гипсовый материал используют для заливки форм при изготовлении фасадов зданий.

Его также можно поцарапать ногтем, но он уже более прочен, чем тальк и способен царапать тальковый эталон. За счёт этого гипс и получил вторую ступень по Моосу.

Кальцит

Читайте также  Состав для воронения стали

Говоря химическим языком, это карбонат кальция или углекислая кальциевая соль. В сфере геологии этот минерал относят к классу породообразующих. Кальцит находят в составе мела, мергелей, а также известняковых пород. Мрамор состоит преимущественно из кальцита.

Он способен наносить отчётливые царапины на гипсовых поверхностях. Сам же минерал царапается при помощи медной монеты. Аналогичную степень твёрдости по Моосу имеют металлы серебра и золота.

Флюорит

По сути, это плавиковый шпат, который был назван флюоритом на латыни, что в переводе означает «текучий». Нередко его используют в металлургической промышленности при плавке шлаков. Плавиковая ли фтористоводородная кислота унаследовала своё название именно от этого минерала. Эта кислота способна растворять стекло.

В природе встречается в различных цветовых вариациях, включая зелёный, жёлтый, красный, фиолетово-серый и синий оттенки. Существуют и редкие бесцветные кристаллы флюорита, на основе которых изготавливают линзы. Такие линзы достаточно легко поддаются обработке, поскольку сам минерал без проблем царапается при помощи стекла или ножа.

Апатит

Апатит относится к классу фосфатов. Ранее геологи достаточно часто путали его с бериллом или турмалином, ввиду вариативности его внешнего вида. Однако по Моосу вычислить его и отличить достаточно просто – он расположен на пятой ступени твёрдости и в отличие от флюорита достаточно сложно царапается при помощи стекла или ножа.

Его часто используют в производстве фосфорных удобрений, а также фосфорной кислоты. В геологической практике обнаружено достаточно немного апатитовых месторождений. Наиболее крупные точки его добычи – Кольский полуостров и Хибинское, расположенные на территории РФ.

Ортоклаз

Подобно кальциту, ортоклаз считается достаточно распространённым породообразующим минеральным образцом, принадлежащим к классу силикатов (подкласс «полевые шпаты»). По сути это полевой шпат калиевой природы.

Царапается ортоклаз при помощи напильника – лезвие обычного ножа едва ли сможет оставить на нём царапины.

Кварц

Химики называют его диоксидом кремния, а геологи относят к числу самых распространённых минералов, добываемых из земной коры. Его масса составляет более 60% всей земной коры. По сути, это обычный песок.

Также в природе он встречается в виде горного хрусталя, агата, аметиста, кошачьего глаза, цитрина, тигрового глаза и т.п. Способен немного царапать стекло и достаточно твёрд, потому для его обработки используется преимущественно алмаз.

Топаз

Эталон занимает восьмую ступень прочности и способен царапать не только стекло, но также кварц. Это полудрагоценный камень, получивший своё название в честь места, где был обнаружен впервые – острова Топазиос, расположенного в Красном море.

В зависимости от местности, где добывают топаз, он может отличаться цветовой гаммой и иметь преобладание фиолетово-красных, голубоватых, желтоватых и нежно-голубых оттенков.

Корунд

Очень твёрдый минерал, уступающий в этом показатели лишь алмазу. С его помощью можно обрабатывать практически любые породы. Он же сам поддаётся обработке лишь при помощи алмаза.

Сапфир и рубин, представляющие собой драгоценные камни, также являются корундами. В природе встречаются корунды алого, зелёного и фиолетового цвета. Такие камни называют аметистами и изумрудами. Жёлтые кристаллы получили название падпараджа, а прозрачные – восточный алмаз или лейкосапфир.

Алмаз

Представляет собой венец шкалы твёрдости Мооса и более чем в 1500 раз твёрже талька. Никакая друга минеральная порода не способна оставить на нём отметину. Алмазом, как известно, можно не просто царапать, но и резать стекло. По своей химической формуле это один и тот же элемент, что и графит, только иной аллотропной формы.

Источник: https://www.geomix.ru/blog/minerals/shkala-tvyordosti-moosa/

Определение твердости по шкале Мооса

Твердость стали по Моосу

В минералогическойпрактике для определения твердостипользуются грубой, но традиционной идостаточно удобной шкалой Мооса, вкоторой 10 стандартных минераловрасположены в ряд по степени возрастающейтвердости.

Если испытываемыйматериал можно поцарапать минералом ствердостью «n+1», а сам он царапаетминерал с твердостью «n», значитего твердость «Н» по Моосу имеетзначение «n < Н < n + 1". Если нет враспоряжении стандартной шкалы твёрдости,то можно еще грубее, но достаточнонаглядно определять твердость, сравниваяиспытуемый материал со стеклом, лезвиемножа и т.п., как показано в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Еще проще запомнить,что кристаллы с твердостью по Моосуменьше 2 царапаются ногтем, меньше 5 -царапаются перочинным ножом, а ствердостью больше 7 сами царапают стекло.

В коллекциипредставлены минералы в соответствиисо шкалой твёрдости. Нумерация образцовсоответствует значению твердости поМоосу. В качестве корунда представленаего разновидность — наждак (корунд спримесями магнетита, гепатита и кварца).Образец с твердостью 10 (алмаз) непредставлен.

Холоднаядеформация– деформация металла, котораяосуществляется при температуре нижетемпературы рекристаллизации. Прихолодной деформации увеличиваетсяплотность дислокаций, зерна вытягиваютсяв направлении деформации, увеличиваетсяпрочность металла и снижается пластичность.

Горячаядеформация– деформация металла, котораяосуществляется при температуре вышетемпературы рекристаллизации. Пригорячей обработке давлением (прокатке,ковке, штамповке, прессовании) упрочнение,создаваемое в процессе деформации,снимается в результате рекристаллизациив ходе самой деформации.

3.4. отчета

  1. Название, цель работы, задание.

  2. Диаграмма состояния.

  3. Кривые охлаждения.

  4. Ответы на вопросы, поставленные в задании.

  5. Ответ на индивидуальный вопрос.

  6. Литература.

2.3. Контрольные вопросы:

  1. Для каких практических целей применяется наклеп? Объясните сущность этого явления.

  2. Объясните механизм влияния различного типа модификаторов на строение литого металла.

  3. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов.

  4. Каким видом пластической деформации (холодной или горячей) является деформирование железа при температуре 500 °C. Объясните, как при этом изменяются структура и свойства железа.

  5. От каких основных факторов зависит величина зерна закристаллизовавшегося металла и почему?

  6. Что такое временное сопротивление разрыву (σВ)? Как определяется эта характеристика механических свойств?

  7. Что такое мозаичная (или блочная) структура металла?

  8. Как влияет степень переохлаждения на величину зерна при кристаллизации?

  9. Почему для изготовления инструмента применяется сталь с исходной структурой зернистого перлита? В результате какой термической обработки можно получить эту структуру? Приведите конкретный режим для любой инструментальной стали.

  10. Какими стандартными характеристиками механических свойств оценивается прочность металлов и сплавов? Как эти характеристики определяются?

  11. Охарактеризуйте особенности металлического типа связи и основные свойства металлов.

  12. Как и почему изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? Влияние дислокаций на свойства металла.

  13. Как влияет степень чистоты металла и наличие примесей в сплаве на протекание процесса кристаллизации?

  14. В чем различие между упругой и пластической деформацией, между хрупким и вязким разрушением?

  15. Опишите линейные несовершенства кристаллического строения. Как они влияют на свойства металлов и сплавов

  16. Опишите явление полиморфизма в приложении к титану. Какое практическое значение оно имеет?

  17. В чем различие между холодной и горячей пластической деформацией? Опишите особенности обоих видов деформации.

  18. В чем сущность процесса модифицирования? Приведите пример использования модификаторов для повышения свойств литейных алюминиевых сплавов.

  19. Как изменяются свойства деформированного металла при нагреве, какие процессы происходят при этом?

  20. Опишите явление полиморфизма в приложении к железу. Какое практическое значение оно имеет?

  21. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. В некоторых случаях проволока на последних переходах разрывается. Объясните причину разрыва и укажите способ его предупреждения.

  22. Опишите сущность явления наклепа и примеры его практического использования.

  23. Что такое ограниченные и неограниченные твердые растворы? Каковы необходимые условия образования неограниченных твердых растворов?

  24. Опишите физическую сущность и механизм процесса кристаллизации.

  25. Дайте определение твердости. Какими методами измеряют твердость металлов и сплавов? Опишите их.

  26. Опишите виды твердых растворов. Приведите примеры.

  27. Как и почему скорость охлаждения при кристаллизации влияет на строение слитка?

  28. Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла.

  29. Что такое ликвация? Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения.

  30. Из листа свинца путем прокатки при комнатной температуре была получена тонкая фольга. Твердость и прочность этой фольги оказались такими же, как у исходного листа. Объясните, какие процессы происходили при пластической деформации свинца и какими изменениями структуры и свойств они сопровождались.

Читайте также  Отпуск стали в домашних условиях

Источник: https://studfile.net/preview/6277630/page:11/

Твердость стали по Моосу

Твердость стали по Моосу

Шкала Мооса — это минералогическая шкала твердости камней. Определение по этой шкале происходит с помощью царапанья.

Большинство минералов получило свою оценку по этой классификации.

Ученые отобрали десять представителей камней, по которым и идет сравнение твердости.

Такая шкала была изобретена в 1811 году, но, несмотря на возраст, ею пользуются и до сих пор.

Названа она в честь ученого Фридриха Мооса, который и предложил такой метод классификации.

Располагаются минералы в порядке возрастания показателя твердости в шкале.

Согласно шкале, камни располагаются так:

  1. Тальк (графит).
  2. Гипс (хлорид, галит).
  3. Кальцит (золото, серебро).
  4. Флюорит (доломит, сфалерит).
  5. Апатит (гематит, лазурит).
  6. Ортоклаз (опал).
  7. Кварц (гранат, турмалин).
  8. Топаз (берилл).
  9. Корунд.
  10. Алмаз.

При этом камни с индексом ниже 7 считаются мягкими, выше 7 — твердыми экземплярами.

Интересно также то, что самый мягкий камень — графит, самый твердый — алмаз являются аллотропными модификациями карбона.

Твердость по Моосу большинства минералов составляет от 2 до 6. Иногда показатель записывают так — 9h.

«Н» означает твердость (hardness), а сама цифра указывает на принадлежность вещества к корундам. Кстати, такой показатель чаще всего встречается на защищенном стекле, которое не царапается ножом и используется для изготовления экранов.

Твердость, как характеристика минерала

Если говорить о таком свойстве, как твердость минералов, то стоит сказать, что это сопротивление вещества, которое оказывает его поверхность при попытке царапания камнем или другим предметом.

Показатель напрямую зависит от кристаллической решетки и строения атомов в камне.

Но также следует знать, что такая характеристика, как твердость, может быть непостоянной и зависеть от таких факторов, как:

  • Направление камня. Ярким примером является кианит. В одном случае его твердость определяется как 5, и он царапается ножом, а в другом, как 7, и нож следов не оставляет.
  • Агрегатное состояние камня. Например, скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые виды веществ имеют ложные малые твердости. Так, гематит в кристаллах шкалы твердости Мооса оценивают на 6 баллов, а в виде красной охры показатель падает ниже четверки.
  • Месторождения камня. Сапфиры, добытые в Цейлоне тверже, чем рубины, а кашмирские сапфиры — мягче. Это объясняется естественными процессами во время образования камня. И даже алмазы с Калимантана и Уэльса тверже, чем экземпляры с ЮАР.

Определение твердости осуществляется путем поиска эталонного материала, который он способен поцарапать. Или же подбираются камни, которые могут поцарапать его.

Сама шкала основана на сравнении, поэтому с ее помощью производится грубая сравнительная оценка минерала.

Шкала Мооса работает по системе мягче-тверже и называется относительной.

С ее помощью можно определить и промежуточные значения твердости — в таком случае показатель записывается дробью.

Например, число 8, под которым находится хризоберилл в классификации, означает, что камень царапает топаз так же, как сам царапается корундом.

А вот гранат тверже, чем кварц, но мягче берилла и поэтому получил значение 7.

Чем больше обнаруживают новых камней, тем больше расширяется классификация и появляются промежуточные значения. Но костяк таблицы Мооса остается тем же. А еще до сих пор работает правило: чем тверже камень, тем он стоит дороже.

Твердость необходима для того, чтоб знать насколько сложная обработка камня. Она влияет на процессы огранки, полировки.

По твердости камни используют в промышленности в качестве абразивов, как, например, алмазы. Но одной шкалы для определения твердости недостаточно.

Существует классификация, которая основана на применении подручных средств, например, ногтя, карандаша, соли поваренной, гвоздя, напильника, ножа, железа.

Чтоб запомнить правила этой методики, следует знать, что ноготь оставляет царапины на гипсе и более мягких веществах.

Так появилась линейная твердость, а камни стали распределять на такие группы:

  • твердые;
  • мягкие;
  • средней мягкости.

По классификации линейной твердости определяют минералы так:

  • тальк — 1 — поддается царапинам ногтем;
  • гипс — 3 — возможно поцарапать ногтем;
  • кальцит — 9 — можно поцарапать медной монетой;
  • флюорит — 21 — легко поддается царапинам ножом;
  • апатит — 48 — трудно поцарапать ножом;
  • ортоклаз — 72 — повреждается с помощью напильника;
  • кварц — 100 — может поцарапать стекло;
  • топаз — 200 — способен поцарапать кварц;
  • корунд — 400 — царапает топаз;
  • алмаз — 1600 — невозможно ничем поцарапать, абсолютная твердость минерала.

Проверка камня с помощью шкалы

Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели.

А еще с помощью твердости можно проверить подлинность камня. Отличия можно определить с помощью напильника, надфиля. Эта процедура выполняется мастером, поскольку в неумелых руках можно повредить изделие.

Используется такая методика при проверке алмазов или бриллиантов, когда ювелир пытается поцарапать камень другими веществами. Если алмаз настоящий, то следов на нем не останется.

А вот подделки сразу поцарапаются.

Иногда, наоборот, производится проверка алмаза с помощью других камней, которые выступают в качестве царапальной поверхности.

Если камень является натуральным, то царапина после него будет более глубокая, чем при царапании другими камнями. Эти методики сейчас утратили популярность, поскольку они портят внешний вид камня, и делать это нужно осторожно.

Сейчас проверка проходит с помощью рефрактора, который подсчитывает коэффициент преломления лучей.

А до изобретения рефрактометра ювелиры пользовались только шкалой Мооса.

При этом они вытаскивали драгоценность из оправы, чтоб в дальнейшем поцарапать камень в том месте, в котором не будет видно следов.

Шкала Мооса хоть и не является абсолютной, все равно популярна и узнаваема среди ювелиров сегодня.

Это потому что она понятна не только мастерам, но и их клиентам, легка для запоминания и удобно классифицирует минералы по важному признаку.

С ее помощью можно определить, как будет вести себя минерал и насколько бережно нужно с ним обращаться.

Рекомендуем похожие статьи

Источник: https://okaratah.com/drugoe/shkala-moosa.html

Твердость металлов

Машиностроительные детали и механизмы, а также инструменты, предназначенные для их обработки, обладают набором механических характеристик. Немалую роль среди характеристик играет твердость. Твердость металлов наглядно показывает:

  • износостойкость металла;
  • возможность обработки резанием, шлифованием;
  • сопротивляемость местному давлению;
  • способность резать другой материал и прочие.

Твердость металлов

На практике доказано, что большинство механических свойств металлов напрямую зависят от их твердости.

Понятие твердости

Твердость материала – это стойкость к разрушению при внедрении во внешний слой более твердого материала. Другими словами, способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).

Определение твердости металлов производится посредством внедрения в образец твердого тела, именуемого индентором. Роль индентора выполняет: металлически шарик высокой твердости; алмазный конус или пирамида.

После воздействия индентора на поверхности испытуемого образца или детали остается отпечаток, по размеру которого определяется твердость. На практике используются кинематические, динамические, статические способы измерения твердости.

В основе кинематического метода лежит составление диаграммы на основе постоянно регистрирующихся показаний, которые изменяются по мере вдавливания инструмента в образец. Здесь прослеживается кинематика всего процесса, а не только конечного результата.

Динамический метод заключается в следующем. Измерительный инструмент воздействует на деталь.

Обратная реакция позволяет рассчитать затраченную кинетическую энергию.

Данный метод позволяет проводить испытание на твердость не только поверхности, но и некоторого объема металла.

Статические методы – это неразрушающие способы, позволяющие определить свойства металлов.

Методы основаны на плавном вдавливании и последующей выдержке в течение некоторого времени.

Параметры регламентируются методиками и стандартами.

Прилагаемая нагрузка может прилагаться:

  • вдавливанием;
  • царапанием;
  • резанием;
  • отскоком.

Источник: https://steelfactoryrus.com/tverdost-stali-po-moosu/

Самый Твердый. Шкала Мооса. Химия – Просто

Как определить твёрдость материала? Очень просто! Для этого необходимо воспользоваться шкалой твёрдости.

В видео описано, что такое шкала твёрдости Мооса и как ею пользоваться. Приятного просмотра!

Найдены возможные дубликаты

17 минут, это слишком много)))

Твердость материала по Моосу – это сопротивление, оказываемое его поверхностью при попытке поцарапать ее другим материалом. Твердость зависит от степени связности внутриатомной структуры материала.

Шкала Мооса – это условная шкала эталонных минералов для оценки твёрдости материалов посредством царапания. Сама шкала представлена ниже.

Шкала твёрдости Мооса

Минерал-эталон ТвёрдостьТальк 1Гипс 2 Кальцит 3 Флюорит 4 Апатит 5 Ортоклаз 6 Кварц 7 Топаз 8 Корунд 9

Алмаз10

Таким образом, минералогическая шкала Мооса состоит из десяти минералов, каждому из которых присвоен определенный коэффициент твердости.

Определение твердости других материалов, не представленных на этой шкале, осуществляется с помощью данного набора материалов-эталонов посредством их нажима на поверхность исследуемого материала. Если материал-эталон оставляет царапину на поверхности исследуемого вещества, то его относительная твердость ниже, чем аналогичный показатель материала-эталона.

Надо бы ещё упомянуть, что в абсолютных значениях промежутки между эталонами неравные. Твёрдость по Бринеллю или Роквеллу более информативна.

Шкала Мооса больше для полевых исследований подходит. Когда под рукой ноготь, нож, может быть стекло еще. Плюс-минус можно оценить, твердый камень нашел или мягкий (как пример — разницу между гипсом, кальцитом и кварцем в тонких прожилках довольно легко увидеть, поцарапав иголкой).

Но это так, пояснение к пояснению

Источник: http://stalcu.ru/obrabotka-stalej/tverdost-stali-po-moosu.html