Таблица твердости металлов по моосу

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.

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:

Машиностроительные предприятия на данный момент для определения твердости материалов используют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса, а также метод микротвердости.

На основе проводимых испытаний составляется таблица, в которой указываются материалы, прилагаемые нагрузки и полученные результаты.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

• сплавы железа – 30 кгс/мм2;
• медь и никель – 10 кгс/мм2;
• алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

Что такое шкала Мооса и как по ней определить подделку

При характеристике каждого самоцвета описывается его твёрдость по шкале Мооса. А известно ли вам, почему именно по ней сравниваются все минералы и что значат указанные цифры?

Предлагаем расширить свой кругозор.

История вопроса

Метод определения устойчивости к царапанью минералов и соответствующая шкала появилась только в XIX веке. Основной вклад внёс учёный, именем которого и названа таблица – Карл Фридрих Моос.

Первые попытки

Ещё с древности философы и алхимики замечали, что минералы различаются между собой не только цветом, но и прочностью. Одни буквально крошатся в руках, а другие царапают даже металлы.

Учёные Средних веков пытались классифицировать камни по субъективным впечатлениям об их хрупкости. Затем стали применять напильник: им пытались распилить камень. Если это получалось, то минерал считался хрупким, если нет, твёрдым.

Так продолжалось до тех пор, пока в 1811 году Фридрих Моос не предложил определять прочность путём царапанья минералов образцами с известными показателями.

Заслуга Вернера

В 1722 г. математик из Франции Рене Реомюр, а в 1724 г. в Германии Абраам Вернер высказали идею царапать камни другим минералом, признанным наиболее твёрдым из всех пород. Но они не довели дело до конца, определяя прочность небольшого числа минералов. Систематизировать их Вернер стал не только по твёрдости, но и по цвету, запаху, весу и даже вкусу.

При его жизни все минералы делились на 4 группы:

1. Поддаются царапанью ногтем.
2. Не поддаются ногтю, но от ножа появляется царапина.
3. Не остается след от ножа и не появляются искры.
4. Металлический нож не оставляет следа, но под действием огнива появляются искры.

Позже именно этот способ царапанья минералов эталоном с известной прочностью лег в основу определения твёрдости Моосом. Таким образом, Вернера можно назвать идейным вдохновителем создателя таблицы, но вся слава досталась именно Моосу.

Суть метода и поиски учёных

Принцип метода оказался прост: Моос взял гипс и не смог им поцарапать ни один другой камень. Его твёрдость он условно определил как 1.

Следующие минералы он расположил в порядке возрастания твёрдости. Последним камнем под номером 10 оказался алмаз, который не мог поцарапать ни один другой самородок.

Например, твердость равна 7 в том случае, если ни исследуемый самоцвет, ни кварц не повреждают друг друга.

Выбранные эталоны

Учёный выбрал 10 минералов, соответствие одному из которых и называется твёрдостью по шкале Мооса.

В таблице перечислены минералы – эталоны твёрдости.

Что такое шкала твердости по Моосу для металлов и минералов.

Люди часто слышат о Шкале твердости по Моосу, когда речь идет о драгоценных камнях. Однако эта система также используется для ранжирования металлов. Давайте посмотрим, чем шкала может быть полезна потенциальному покупателю драгоценностей, и как она применяется для сравнения твердости металлов.

Что такое шкала твердости по Моосу.

Шкала Мооса — система, используемая для ранжирования материалов по их твердости, которая позволяет вести классификацию с помощью чисел от 1 до 10. Ее применяют, чтобы сравнивать прочность драгоценных камней, металлов и некоторых других материалов и оценивать их относительную долгосрочность.

Оценка металла по шкале Мооса берет за основу то, насколько легко образец может быть поцарапан другими металлами. Например, коэффициент твердости золота — 2,5-3, что значительно ниже коэффициента твердости большинства других материалов.

В то время как графит и некоторые виды пластика стоят на одном конце шкалы, имея значение 1, то на другой ее конец ставится алмаз, одно из самых твердых веществ на Земле. Он оценивается в 10 баллов.

Шкала твердости по Моосу для оценки твердости металлов.

Вот список коэффициентов твердости для некоторых металлов, с которыми каждый человек, скорее всего, сталкивается в своей повседневной жизни, особенно при контакте с драгоценностями:

• Олово: 1.5
• Цинк: 2.5
• Золото: 2.5-3
• Серебро: 2.5-3
• Алюминий: 2.5-3
• Медь: 3
• Медь: 3
• Бронза: 3
• Никель: 4
• Платина: 4-4.5
• Сталь: 4-4.5
• Железо: 4.5
• Палладий: 4.75
• Родий: 6
• Титан: 6
• Укрепленная сталь: 7-8
• Вольфрам: 7.5
• Карбид вольфрама: 8.5-9

Почему важно знать твердость металлов.

Когда немецкий геолог Фридрих Моос создал шкалу, которую мы используем сегодня, он применил простой принцип для определения твердости любого материала: какие материалы могут поцарапать его, и какие материалы он сам может поцарапать.

Например, платина, у которой твердость 4-4.5, может быть поцарапана всеми материалами, у которых более высокий коэффициент по шкале Мооса. Например, топаз, коэффициент которого 8, может поочередно поцарапать любой материал, который имеет более низкий коэффициент (например, золото, твердость которого оценена в 2.5-3 балла).

Из представленной выше таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие, а какие могут поцарапать их. Это ценная информация, так как может подсказать, изделия из каких драгоценных металлов можно хранить вместе, а из каких — нельзя.

Также, данная информация о твердости металлов поможет определить, изделия из каких драгоценых сплавов более надежны в носке.

Как применить шкалу твердости для металлов.

Когда Вы решились на покупку изделия из драгоценного металла, но колеблетесь, украшение из какого материала предпочесть, то поможет именно шкала твердости по Моосу.

Сравнив коэффициенты, Вы определитесь с предварительным выбором и сможете решить, подходит ли Вам это изделие еще и по цене.

Например, платина гораздо более надежна, чем серебро, и в целом, более твердые служат дольше при постоянной носке. Однако платина, также, намного дороже серебра, таким образом, необходимо подумать, готовы ли Вы заплатить дополнительную цену за прочность.

Твердость металлических сплавов.

Шкала Мооса для каждого металла означает твердость в его чистом состоянии, т.е. без любых других материалов, смешанных с ним.

Однако в действительности почти все металлы, используемые в драгоценностях, объединяют с другими для создания более прочного или более дешевого материала.

Например, золото часто смешивается с никелем, цинком, медью и другими металлами для придания ему дополнительной твердости.

Точно так же, когда к вольфраму, имеющему коэффициент твердости 7,5 в чистом виде, добавляют углерод, получившийся карбид вольфрама будет иметь коэффициент уже 8.5-9 по Шкале твердости Мооса.

Комплект для определения твердости минералов

Что такое шкала Мооса: таблицы твердости и плотности минералов, суть простого метода

Шкала Мооса (или Моса) предложена геологом Фридрихом Моосом (Carl Friedrich Christian Mohs). С ее помощью легче определять видовую принадлежность минерала в полевых условиях.

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

• спайность кристаллов;
• внутренняя целостность минерала;
• процент кварца;
• вид вторичных примесей;
• происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Таблица твердости минералов:

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

• алмаз ― 1500;
• корунд ― 400;
• топаз ― 200;
• кварц ― 100;
• ортоклаз, полевой шпат ― 72;
• апатит ― 48;
• флюорит ― 21;
• кальцит ― 9;
• гипс ― 3;
• тальк ― 1.

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Принцип работы со шкалой

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Классификация природных камней по твердости

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

У алмаза наивысший балл «10», его невозможно ничем оцарапать. Сапфировым и рубиновым корундам присвоен маркер «9». Обрабатываются только алмазным инструментом.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Перечень самоцветов с промежуточным показателем: