Кайсысы катуураак, гранит же мрамор, никель же алюминий? Жана катуулугу деген эмне? Бул суроолорго биз макалабызда жооп берүүгө аракет кылабыз. Минералдык заттардын жана заттардын катуулугун аныктоо маселеси менен бир катар чет элдик окумуштуулар алектенген. Алардын арасында Альберт Шор, Фридрих Мус, Йохан Август Бринелл, Уильям Викерс жана башкалар бар. Бирок, илимде катуулукту эсептөөнүн жалгыз жана жалпы кабыл алынган ыкмасы дагы эле жок.
Катуулук деген эмне?
Илимге белгилүү болгон заттардын ар бири бир катар спецификалык физикалык касиеттерге жана сапаттарга ээ. Бул макалада катуулук деген эмне талкууланат. Бул материалдын ага башка, бышык дененин (мисалы, кесүүчү же тешүү куралы) киришине каршы туруу жөндөмү.
Заттардын катуулугу көбүнчө атайын бирдиктер менен өлчөнөт - кгс/мм2 (аянттын чарчы миллиметрине килограмм-күч). Ал тандалган шкалага жараша HB, HRC же HRB латын тамгалары менен белгиленет.
Жердеги эң катуу минерал – алмаз. Эгерде биз жасалма келип чыккан материалдар жөнүндө сөз кыла турган болсок, анда эң бышык - фуллерит. Бул жогорку температурада (300 градус Цельсий) жана өтө жогорку басымда (90 000 атмосферадан ашык) пайда болгон молекулалык кристалл. Окумуштуулардын айтымында, фуллерит алмаздан бир жарым эсе катуураак.
Катуулук деген эмне?
Катуулуктун үч негизги варианты бар:
- Бет (жүктүн басып чыгаруунун беттик аянтына катышы менен аныкталат).
- Проекция (жүктүн издин проекциялык аянтына болгон катышы).
- Көлөмү (жүктөө жана басып чыгаруу көлөмүнүн катышы).
Мындан тышкары, физикалык денелердин катуулугу төрт диапазондо өлчөнөт:
- Нанокатуулугу (1 gf аз жүктөө).
- Микрокатуулугу (1 – 200 гф).
- Төмөнкү жүктөмдөгү катуулугу (200 гф - 5 кгс).
- Макрокатуулугу (5 кгс ашык).
Металлдардын катуулугу
Менделеевдин мезгилдик системасынын 104 элементинин 82си металл. Ал эми адамга белгилуу эритмелердин жалпы саны беш мицге жетет! Азыркы дүйнөдө металлдардын чөйрөсү укмуштуудай кенен. Булар аскердик жана химиялык өнөр жай, металлургия, электротехника, космос өнөр жайы, зергерчилик, кеме куруу, медицина ж.б.
Металлдардын физикалык жана химиялык мүнөздөмөлөрүнүн ичинен катуулугу акыркы көрсөткүчтөн алыс.ролу. Анткени, ал ачык көрсөтүп турат:
- металлдын тозууга туруктуулук даражасы;
- басууга туруштук берүү;
- анын башка материалдарды кесүү жөндөмдүүлүгү.
Башка нерселер менен катар металлдын катуулугу аны белгилүү бир станоктарда иштетүүгө болобу, жылтыратууга болобу жана ушул сыяктууларды көрсөтөт. Айтмакчы, окумуштуулар металлдын катуулугу анын башка механикалык касиеттерин аныктай турганын эчак далилдеп келишкен.
Темир, жез жана алюминийдин катуулугу кандай? Жана кайсы металл эң катуу жана бышык?
Магний жана алюминий эң жумшак металлдардын катарына кирет. Алардын катуулугу 5 кгс/мм2 ичинде өзгөрөт. Болжол менен эки эсе катуу - никель жана жез (болжол менен 10 кгс/мм2). Темирдин катуулугу 30 кгс/мм2 деп эсептелет. Жаратылыштагы эң катуу металлдарга титан, осмий жана иридий кирет.
Катуулукту аныктоо: методдор, ыкмалар жана ыкмалар
Физикалык дененин катуулугу кантип өлчөнөт? Бул үчүн үлгүгө индентер деп аталган нерсе киргизилет. Анын ролун оор металл шар, пирамида же алмаз конус аткара алат. Индентердин тике тийүү таасиринен кийин сыноо үлгүсүндө из калат, анын өлчөмү материалдын катуулугун аныктайт.
Практикада катуулукту өлчөө ыкмаларынын эки тобу колдонулат:
- Динамикалык.
- Кинетикалык.
Мындайда индентерди денеге киргизүүдө колдонулган жүктү ишке ашырууга болоттырмалоо, чегинүү (көбүнчө), кесүү же кайра тебүү менен.
Бүгүнкү күндө катуулукту аныктоо үчүн бир нече ар кандай ыкмалар бар:
- Роквелл;
- Бринелл;
- Викерске ылайык;
- жээктен;
- Mohs боюнча.
Ошого жараша, материалдардын катуулугунун бир катар ар кандай масштабдары бар, алардын ортосунда түз байланыш жок. Өлчөөнүн тигил же бул ыкмасы бир катар факторлордун негизинде тандалат (мисалы, тигил же бул материалдын касиеттери, эксперименттин шарттары, колдонулган жабдуулар ж. б.). Металлдардын же минералдардын катуулугун аныктоочу түзмөктөр катуулукту текшерүүчү деп аталат.
Роквелл ыкмасы
Роквеллдин катуулугунун мааниси сыналуучу бөлүктүн бетинде калган алмаз конустун же металл шардын чегинүүсүнүн тереңдиги менен аныкталат. Мындан тышкары, ал өлчөмсүз жана HR тамгалары менен белгиленет. Өтө жумшак материалдардын катуулугу терс мааниге ээ болушу мүмкүн.
Роквеллдин катуулугун текшергичти өткөн кылымдын башында америкалыктар Хью Роквелл жана Стэнли Роквелл ойлоп табышкан. Анын кантип иштээрин төмөнкү видеодон көрө аласыз. Бул ыкма үчүн маанилүү фактор сыноо үлгүсүнүн калыңдыгы болуп саналат. Ал сыноо корпусуна индентердин кирүү тереңдигинен он эсе кем болбошу керек.
Интентердин жана колдонулган жүктүн түрүнө жараша үч өлчөөчү тараза бар. Алар үч латын тамгалары менен белгиленет: A, B жана C. Роквеллдин катуулугунун мааниси сандык формага ээ. Мисалы: 25,5 HRC (акыркытамга тестте колдонулган шкаланы көрсөтөт).
Бринелл ыкмасы
Бринеллдин катуулугунун мааниси текшерилип жаткан металлдын бетинде катууланган болот шары калтырган таасирдин диаметри менен аныкталат. Өлчөө бирдиги кгс/мм2.
Усул 1900-жылы швед инженери Йохан Август Бринелл тарабынан сунушталган. Сыноо төмөнкүдөй жүргүзүлөт: биринчиден, үлгүдөгү индентердин алдын ала жүктөөсү орнотулат, андан кийин гана - негизги. Мындан тышкары, бул жүктүн астында материал 30 секундага чейин туруштук бере алат, андан кийин оюктун тереңдиги ченелет. Бринелдин катуулугу (HB деп аталат) колдонулган жүктүн алынган басып чыгаруунун бетинин аянтына катышы катары эсептелет.
Ар кандай материалдар үчүн кээ бир катуулуктун маанилери (Бринелл боюнча):
- Wood – 2, 6-7, 0 HB.
- Алюминий - 15 HB.
- Жез – 35 HB.
- Жумшак болот - 120 HB.
- Айнек – 500 HB.
- Инструменталдык болот - 650-700 HB.
Виккерс ыкмасы
Викерс ыкмасы боюнча катуулук кадимки төрт бурчтуу пирамиданын формасына ээ болгон алмаздын учу үлгүгө басуу менен аныкталат. Жүктү алып салгандан кийин материалдын бетинде пайда болгон эки диагоналды өлчөп, орточо арифметикалык маанини d (миллиметр менен) эсептеңиз.
Vickers катуулугун текшергич абдан компакттуу (төмөндөгү сүрөттү караңыз). Сыноо бөлмө температурасында (+20 градус) жүргүзүлөт. Дененин катуулугу HV тамгалары менен көрсөтүлөт.
Кыска ыкма
Катуулукту өлчөөнүн бул ыкмасын америкалык ойлоп табуучу Альберт Шор сунуштаган. Ал ошондой эле көп учурда "rebound ыкмасы" деп аталат. Шордун катуулугун өлчөөдө стандарттык өлчөмдөгү жана массадагы сокку сыналуучу материалдын бетине белгилүү бир бийиктиктен түшүрүлөт. Бул эксперименттин негизги мааниси чабуулчунун кадимки бирдиктер менен өлчөнгөн кайра көтөрүлүү бийиктиги.
Жээктин катуулугу 20дан 140 бирдикке чейинки диапазондо өлчөнөт. Жүз бирдик 13,6 мм (± 0,5 мм) бийиктикке туура келет. Стандартка ылайык, бул маани катууланган көмүртек болоттун катуулугу болуп саналат. Шор боюнча материалдардын катуулугун өлчөөчү заманбап аппарат склероскоп же дурометр деп аталат (аны төмөндөгү сүрөттөн көрүүгө болот).
Mohs шкаласы
Мохс катуулук шкаласы салыштырмалуу жана минералдарга гана тиешелүү. Эталондук минерал катары он минерал тандалып алынган, алар катуулугун жогорулатуу тартибинде жайгаштырылган (төмөндөгү фото диаграммада). Демек, шкала 10 баллга ээ (1ден 10го чейин).
Катуулуктун минералогиялык шкаласы 1811-жылы немис окумуштуусу Фридрих Моос тарабынан сунушталган. Ошого карабастан, ал дагы эле геологияда колдонулат.
Кайсы бир минералдын катуулугун Mohs шкаласы боюнча кантип аныктоого болот? Бул үлгү калтырган чийүүнү кылдаттык менен карап чыгуу менен жасалышы мүмкүн. Тырмак, жез тыйын, айнек же болот бычак колдонуу ыңгайлуу.
Эгердесыналган минерал кагазга тырмабастан жазат, анда анын катуулугу бирге барабар болот. Эгерде таш тырмак менен оңой чийилсе, анын катуулугу 2. Үч чекитте бычак менен оңой чийилүүчү минералдар бар. Эгер ташта из калтыруу үчүн бир аз күч-аракет жумшоо керек болсо, анда анын катуулугу 4 же 5. Катуулугу 6 же андан жогору болгон минералдар бычактын бычагына чийиктерди калтырышат.
Жыйынтыкта…
Анда катуулук деген эмне? Бул физикалык дененин жергиликтүү контакттык күчтөрдүн таасири астында бузулууга жана деформацияга каршы туруу жөндөмү. Жердеги эң катуу минерал алмаз болуп эсептелет, ал эми эң бышык металл иридий. Заманбап илимде жана техникада катуулукту өлчөөнүн бир нече ыкмалары колдонулат (Бринелл, Роквелл, Викерс, Шор жана Мохс боюнча).
