Боржин эсвэл гантиг, никель эсвэл хөнгөн цагааны аль нь илүү хатуу вэ? Тэгээд ч хатуулаг гэж юу вэ? Бид нийтлэлдээ эдгээр асуултанд хариулахыг хичээх болно. Гадаадын хэд хэдэн эрдэмтэд ашигт малтмал, бодисын хатуулгийг тодорхойлох асуудлыг авч үзсэн. Тэдний дунд Альберт Шор, Фридрих Мүүс, Йохан Август Бринелл, Уильям Викерс болон бусад хүмүүс байна. Гэсэн хэдий ч шинжлэх ухаанд хатуулгийг тооцоолох цорын ганц бөгөөд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн арга одоо болтол байхгүй байна.
Хатуулаг гэж юу вэ?
Шинжлэх ухаанд мэдэгдэж байгаа бодис бүр нь хэд хэдэн өвөрмөц физик шинж чанартай байдаг. Энэ нийтлэлд хатуулаг гэж юу болохыг авч үзэх болно. Энэ нь материалын өөр, илүү бат бөх биет (жишээ нь, зүсэх, цоолох хэрэгсэл) нэвтрэхийг эсэргүүцэх чадвар юм.
Бодисын хатуулгийг ихэвчлэн тусгай нэгжээр хэмждэг - кгс/мм2 (нэг миллиметр талбайн килограмм-хүч). Үүнийг сонгосон масштабаас хамааран HB, HRC эсвэл HRB гэсэн латин үсгээр тэмдэглэнэ.
Дэлхий дээрх хамгийн хатуу эрдэс бол алмаз юм. Хэрэв бид хиймэл гаралтай материалын талаар ярих юм бол хамгийн бат бөх нь фуллерит юм. Энэ бол өндөр температур (300 орчим градус) ба хэт өндөр даралт (90,000 гаруй атмосфер) -д үүсдэг молекулын талст юм. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар фуллерит нь алмазаас нэг хагас дахин хатуу байдаг.
Хатуулаг гэж юу вэ?
Хатуулгийн гурван үндсэн сонголт байдаг:
- Гадаргуу (ачааллыг хэвлэх гадаргуугийн талбайн харьцаагаар тодорхойлно).
- Проекци (дарсны проекцын талбарт ачааллыг харьцуулсан харьцаа).
- Эзлэхүүн (ачаалах, хэвлэх эзлэхүүний харьцаа).
Үүнээс гадна биеийн хатуулгийг дөрвөн мужид хэмждэг:
- Нано хатуулаг (1 gf-ээс бага ачаалал).
- Бичил хатуулаг (1 – 200 gf).
- Бага ачаалалд хатуулаг (200 gf - 5 kgf).
- Макро хатуулаг (5 кгф-ээс их).
Металлын хатуулаг
Менделеевийн үелэх системийн 104 элементийн 82 нь металл юм. Хүний мэддэг хайлшийн нийт тоо таван мянгад хүрдэг! Орчин үеийн ертөнцөд металлын цар хүрээ нь гайхалтай өргөн юм. Эдгээр нь цэрэг, химийн үйлдвэр, металлурги, цахилгаан инженерчлэл, сансрын үйлдвэрлэл, үнэт эдлэл, хөлөг онгоцны үйлдвэрлэл, анагаах ухаан гэх мэт.
Металлын бүх физик, химийн шинж чанаруудын дотроос хатуулаг нь сүүлчийнхээсээ хол байдаг.үүрэг. Эцсийн эцэст тэр тодорхой харуулж байна:
- металын элэгдлийн эсэргүүцлийн зэрэг;
- даралтын эсэргүүцэл;
- бусад материалыг огтлох чадвар.
Бусад зүйлсийн дотор металлын хатуулаг нь түүнийг тодорхой машин дээр боловсруулж чадах эсэх, өнгөлсөн болон бусад зүйлсээр тодорхойлогддог. Дашрамд дурдахад, металын хатуулаг нь түүний бусад механик шинж чанарыг тодорхойлдог болохыг эрдэмтэд эртнээс нотолсон.
Төмөр, зэс, хөнгөн цагааны хатуулаг гэж юу вэ? Аль металл нь хамгийн хатуу бөгөөд бат бөх байдаг вэ?
Магни, хөнгөн цагаан нь хамгийн зөөлөн металлуудын тоонд ордог. Тэдний хатуулгийн утга нь 5 кгф/мм2 хооронд хэлбэлздэг. Ойролцоогоор хоёр дахин хатуу - никель ба зэс (ойролцоогоор 10 кгс/мм2). Төмрийн хатуулгийг 30 кгф/мм2 гэж тооцдог. Байгалийн гаралтай хамгийн хатуу металлуудад титан, осми, иридиум орно.
Хатуулгийг тодорхойлох: арга, арга, хандлага
Биеийн хатуулаг хэрхэн хэмжигддэг вэ? Үүнийг хийхийн тулд түүвэрт indenter гэж нэрлэгддэг зүйлийг нэвтрүүлсэн. Түүний үүргийг хүнд даацын металл бөмбөг, пирамид эсвэл алмаазан конус гүйцэтгэж болно. Хэмжээ нь материалын хатуулгийг тодорхойлдог туршилтын дээжинд шууд харьцах нөлөө үзүүлсний дараа ул мөр үлддэг.
Практикт хатуулгийг хэмжих хоёр бүлэг аргыг ашигладаг:
- Динамик.
- Кинетик.
Энэ тохиолдолд дотогшоо биенд оруулах явцад өгсөн ачааллыг гүйцэтгэж болно.маажих, догол хийх (ихэнхдээ), зүсэх эсвэл эргүүлэх замаар.
Өнөөдөр хатуулгийг тодорхойлох хэд хэдэн өөр аргууд байдаг:
- Роквелл;
- Бринелл;
- Викерсийн хэлснээр;
- эрэг дээр;
- Mohs-ийн дагуу.
Үүний дагуу материалын хатуулгийн хэд хэдэн хэмжүүр байдаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд шууд хамаарал байдаггүй. Хэд хэдэн хүчин зүйл (жишээлбэл, тодорхой материалын шинж чанар, туршилтын нөхцөл, ашигласан тоног төхөөрөмж гэх мэт) дээр үндэслэн нэг буюу өөр хэмжилтийн аргыг сонгоно. Металл эсвэл эрдсийн хатуулгийг тодорхойлдог төхөөрөмжийг хатуулаг шалгагч гэж нэрлэдэг.
Rockwell арга
Роквелийн хатуулгийн утгыг туршилтын хэсгийн гадаргуу дээр үлдсэн алмаазан конус эсвэл металл бөмбөлгийн доголтын гүнээр тодорхойлно. Түүнээс гадна энэ нь хэмжээсгүй бөгөөд HR үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг. Хэт зөөлөн материал нь сөрөг хатуулагтай байж болзошгүй.
Роквелийн хатуулаг хэмжигч гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжийг өнгөрсөн зууны эхээр америкчууд Хью Роквелл, Стэнли Роквелл нар зохион бүтээжээ. Энэ нь хэрхэн ажилладагийг дараах видеоноос харж болно. Энэ аргын чухал хүчин зүйл бол туршилтын сорьцын зузаан юм. Энэ нь туршилтын биед дотогшоо нэвтлэх гүнээс арав дахин бага байж болохгүй.
Хэмжээний төрөл болон хэрэглэж буй ачааллаас хамааран гурван хэмжүүр байдаг. Тэдгээр нь гурван латин үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг: A, B, C. Роквелл хатуулгийн утга нь тоон хэлбэртэй байна. Жишээ нь: 25.5 HRC (сүүлийнүсэг нь туршилтанд ашигласан масштабыг заана).
Бринелл арга
Бринелл хатуулгийн утгыг шалгаж буй металлын гадаргуу дээр хатууруулсан ган бөмбөлөгт үлдээсэн даралтын диаметрээр тодорхойлно. Хэмжих нэгж нь кгс/мм2.
Энэ аргыг 1900 онд Шведийн инженер Йохан Август Бринелл санал болгосон. Туршилтыг дараах байдлаар гүйцэтгэнэ: эхлээд дээж дээрх дамжуургын урьдчилсан ачааллыг тохируулж, зөвхөн дараа нь - гол нь. Түүгээр ч зогсохгүй ийм ачаалалтай материал нь 30 секунд хүртэл тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд дараа нь доголын гүнийг хэмждэг. Бринеллийн хатуулгийг (HB гэж нэрлэдэг) хэрэглэсэн ачааллыг үүссэн хэвлэлтийн гадаргуугийн талбайн харьцаагаар тооцоолно.
Өөр өөр материалын хатуулгийн зарим утгууд (Бринеллийн дагуу):
- Мод – 2, 6-7, 0 HB.
- Хөнгөн цагаан - 15 HB.
- Зэс – 35 HB.
- Зөөлөн ган - 120 HB.
- Шилэн – 500 HB.
- Багажны ган - 650-700 HB.
Викерсийн арга
Викерсийн аргын дагуу хатуулаг нь ердийн дөрвөлжин пирамид хэлбэртэй алмазан үзүүрийг дээжинд дарснаар тодорхойлогддог. Ачааллыг арилгасны дараа материалын гадаргуу дээр үүссэн хоёр диагональыг хэмжиж, арифметик дундаж утгыг d (миллиметрээр) тооцоолно.
Vickers хатуулаг шалгагч нь маш авсаархан (доорх зургийг харна уу). Туршилтыг өрөөний температурт (+20 градус) хийнэ. Биеийн хатуулгийн утгыг HV үсгээр илэрхийлнэ.
Богино арга
Хатуулгийг хэмжих энэ аргыг Америкийн зохион бүтээгч Альберт Шор санал болгосон. Үүнийг ихэвчлэн "сэргээх арга" гэж нэрлэдэг. Эргийн хатуулгийг хэмжихдээ стандарт хэмжээ, масстай довтлогчийг тодорхой өндрөөс шалгаж буй материалын гадаргуу дээр буулгана. Энэ туршилтын гол утга нь ердийн нэгжээр хэмжигдсэн довтлогчийн цохилтын өндөр юм.
Эргийн хатуулгийг 20-140 нэгжийн хооронд хэмждэг. Зуун нэгж нь 13.6 мм (± 0.5 мм) өндөртэй таарч байна. Стандартын дагуу энэ утга нь хатуурсан нүүрстөрөгчийн гангийн хатуулаг юм. Shore-ийн дагуу материалын хатуулгийг хэмжих орчин үеийн төхөөрөмжийг склероскоп эсвэл дурометр гэж нэрлэдэг (үүнийг доорх зурган дээрээс харж болно).
Mohs scale
Мохын хатуулгийн хэмжүүр нь харьцангуй бөгөөд зөвхөн ашигт малтмалд хамаарна. Арван эрдсийг жишиг эрдсээр сонгосон бөгөөд тэдгээрийг хатуулгийг нэмэгдүүлэх дарааллаар байрлуулсан (доорх зургийн диаграммд). Үүний дагуу хуваарь нь 10 оноотой (1-ээс 10 хүртэл).
Хатуулгийн минералог хэмжүүрийг Германы эрдэмтэн Фридрих Мүүс 1811 онд санал болгосон. Гэсэн хэдий ч энэ нь геологид ашиглагдаж байна.
Тухайн эрдсийн хатуулгийг Mohs масштабаар хэрхэн тодорхойлох вэ? Үүнийг дээжээс үлдсэн зураасыг сайтар шалгаж үзэх замаар хийж болно. Хумс, зэс зоос, шил эсвэл ган хутга хэрэглэхэд тохиромжтой.
Тийм болтуршсан ашигт малтмал нь зураасгүйгээр цаасан дээр бичдэг бол түүний хатуулаг нэгтэй тэнцүү байна. Чулууг хумсаар амархан маажих бол хатуулаг нь 2. Гурван цэг нь хутгаар амархан маажих эрдэстэй. Хэрэв та чулуун дээр тэмдэг үлдээхийн тулд бага зэрэг хүчин чармайлт гаргах шаардлагатай бол түүний хатуулаг 4 эсвэл 5 байна. 6 ба түүнээс дээш хатуулагтай эрдэс бодисууд хутганы ирэнд зураас үлдээдэг.
Дүгнэж хэлэхэд…
Тэгвэл хатуулаг гэж юу вэ? Энэ бол орон нутгийн холбоо барих хүчний нөлөөн дор бие махбодийн эвдрэл, хэв гажилтыг эсэргүүцэх чадвар юм. Дэлхий дээрх хамгийн хатуу эрдэс бол алмаз бөгөөд хамгийн бат бөх металл бол иридиум юм. Орчин үеийн шинжлэх ухаан, технологид хатуулаг хэмжих хэд хэдэн аргыг ашигладаг (Бринелл, Роквелл, Викерс, Шор, Мохсын дагуу).
