Ni kipi kigumu zaidi, granite au marumaru, nikeli au alumini? Na ugumu ni nini? Tutajaribu kujibu maswali haya katika makala yetu. Wanasayansi kadhaa wa kigeni walishughulikia shida ya kuamua ugumu wa madini na vitu. Miongoni mwao ni Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers na wengine. Hata hivyo, mbinu pekee na inayokubalika kwa ujumla ya kukokotoa ugumu katika sayansi bado haipo.
Ugumu ni nini?
Kila dutu inayojulikana kwa sayansi ina idadi ya sifa na sifa za kimaumbile. Nakala hii itajadili ugumu ni nini. Huu ni uwezo wa nyenzo kupinga kupenya kwa mwili mwingine, unaodumu zaidi ndani yake (kwa mfano, zana ya kukata au kutoboa).
Ugumu wa dutu mara nyingi hupimwa kwa vitengo maalum - kgf/mm2 (nguvu ya kilo kwa kila milimita ya mraba ya eneo). Imeteuliwa kwa herufi za Kilatini HB, HRC au HRB, kulingana na kipimo kilichochaguliwa.
Madini gumu zaidi Duniani ni almasi. Ikiwa tunazungumzia kuhusu vifaa vya asili ya bandia, basi ya kudumu zaidi ni fullerite. Ni fuwele ya molekuli ambayo huunda kwenye joto la juu (kama nyuzi 300 Celsius) na shinikizo la juu sana (zaidi ya angahewa 90,000). Kulingana na wanasayansi, ugumu wa fullerite ni takriban mara moja na nusu kuliko almasi.
Ugumu ni nini?
Kuna chaguo tatu kuu za ugumu:
- Uso (imeamuliwa na uwiano wa mzigo kwenye eneo la uso la kuchapishwa).
- Kadirio (uwiano wa mzigo na eneo la makadirio la alama).
- Volume (uwiano wa sauti ya upakiaji ili kuchapishwa).
Kando na hili, ugumu wa miili halisi hupimwa katika safu nne:
- Ugumu wa Nano (Pakia chini ya gf 1).
- Ugumu mdogo (1 – 200 gf).
- Ugumu katika mizigo ya chini (200 gf - 5 kgf).
- Ugumu kiasi (zaidi ya kilo 5).
Ugumu wa vyuma
Kati ya vipengele 104 vya mfumo wa upimaji wa Mendeleev, 82 ni metali. Na jumla ya aloi zinazojulikana kwa mwanadamu hufikia elfu tano! Upeo wa metali katika ulimwengu wa kisasa ni pana sana. Hivi ni viwanda vya kijeshi na kemikali, madini, uhandisi wa umeme, tasnia ya anga, vito, ujenzi wa meli, dawa n.k.
Kati ya sifa zote za kimwili na kemikali za metali, ugumu ni mbali na wa mwishojukumu. Baada ya yote, anaonyesha wazi:
- kiasi cha upinzani wa kuvaa kwa chuma;
- upinzani wa shinikizo;
- uwezo wake wa kukata nyenzo zingine.
Miongoni mwa mambo mengine, ugumu wa chuma huonyesha kama inaweza kuchakatwa kwenye mashine fulani, iwe inaweza kung'olewa na kadhalika. Kwa njia, wanasayansi wamethibitisha kwa muda mrefu kwamba ugumu wa chuma kwa kiasi kikubwa huamua sifa zake nyingine za mitambo.
Ugumu wa chuma, shaba na alumini ni nini? Na ni chuma gani ambacho ni kigumu zaidi na kinachodumu zaidi?
Magnesiamu na alumini ni miongoni mwa metali laini zaidi. Thamani za ugumu wao hutofautiana ndani ya 5 kgf/mm2. Takriban ngumu mara mbili - nikeli na shaba (takriban 10 kgf/mm2). Ugumu wa chuma unakadiriwa kuwa 30 kgf/mm2. Vema, metali ngumu zaidi za asili asilia ni pamoja na titanium, osmium na iridium.
Uamuzi wa ugumu: mbinu, mbinu na mbinu
Ugumu wa mwili unapimwaje? Ili kufanya hivyo, kinachojulikana kama indenter huletwa kwenye sampuli. Jukumu lake linaweza kuchezwa na mpira wa chuma mzito, piramidi au koni ya almasi. Baada ya athari ya mguso wa moja kwa moja wa kielekezi, alama hubaki kwenye sampuli ya jaribio, saizi yake ambayo huamua ugumu wa nyenzo.
Kwa vitendo, vikundi viwili vya mbinu za kupima ugumu hutumika:
- Inayobadilika.
- Kinetic.
Katika kesi hii, mzigo uliowekwa wakati wa kuanzishwa kwa kiashiria ndani ya mwili unaweza kutekelezwa.kwa kukwaruza, kuingiza ndani (mara nyingi), kukata au kurudi nyuma.
Leo kuna mbinu kadhaa tofauti za kubainisha ugumu:
- Rockwell;
- Brinell;
- kulingana na Vickers;
- by Shore;
- kulingana na Mohs.
Kwa hiyo, kuna idadi ya mizani tofauti ya ugumu wa nyenzo, hakuna uhusiano wa moja kwa moja kati yao. Njia moja au nyingine ya kipimo huchaguliwa kulingana na mambo kadhaa (kwa mfano, mali ya nyenzo fulani, hali ya majaribio, vifaa vinavyotumiwa, nk). Vifaa vinavyobainisha ugumu wa metali au madini kwa kawaida huitwa vidhibiti ugumu.
mbinu ya Rockwell
Thamani ya ugumu wa Rockwell hubainishwa na kina cha ujongezaji wa koni ya almasi au mpira wa chuma uliosalia kwenye uso wa kipande cha majaribio. Zaidi ya hayo, haina kipimo na inaonyeshwa na herufi HR. Nyenzo ambazo ni laini sana zinaweza kuwa na maadili hasi ya ugumu.
Kinachojulikana kupima ugumu wa Rockwell kilivumbuliwa mwanzoni mwa karne iliyopita na Wamarekani Hugh Rockwell na Stanley Rockwell. Unaweza kuona jinsi inavyofanya kazi kwenye video ifuatayo. Jambo muhimu kwa njia hii ni unene wa sampuli ya mtihani. Haipaswi kuwa chini ya mara kumi ya kina cha kupenya cha kiashiria ndani ya mwili wa majaribio.
Kulingana na aina ya indenter na mzigo uliotumika, kuna mizani mitatu ya kupimia. Wao huteuliwa na barua tatu za Kilatini: A, B na C. Thamani ya ugumu wa Rockwell ina fomu ya nambari. Kwa mfano: 25.5 HRC (mwishoherufi inaonyesha kipimo kilichotumika katika jaribio).
mbinu ya Brinell
Thamani ya ugumu wa Brinell hubainishwa na kipenyo cha onyesho lililoachwa na mpira mgumu wa chuma kwenye uso wa chuma unaojaribiwa. Kipimo cha kipimo ni kgf/mm2.
Njia hii ilipendekezwa mnamo 1900 na mhandisi wa Uswidi Johan August Brinell. Jaribio linafanywa kama ifuatavyo: kwanza, upakiaji wa awali wa indenter kwenye sampuli umewekwa, na kisha tu - kuu. Zaidi ya hayo, nyenzo zilizo chini ya mzigo huu zinaweza kuhimili hadi sekunde 30, baada ya hapo kina cha indentation kinapimwa. Ugumu wa Brinell (unaojulikana kama HB) huhesabiwa kama uwiano wa mzigo uliowekwa kwenye eneo la uso wa chapa inayotokana.
Baadhi ya thamani za ugumu kwa nyenzo tofauti (kulingana na Brinell):
- Wood – 2, 6-7, 0 HB.
- Alumini - 15 HB.
- Copper – 35 HB.
- Chuma kidogo - 120 HB.
- Kioo – 500 HB.
- Chuma cha zana - 650-700 HB.
mbinu ya Vickers
Ugumu kulingana na mbinu ya Vickers hubainishwa kwa kubofya ncha ya almasi kwenye sampuli, yenye umbo la piramidi ya kawaida ya quadrangular. Baada ya kuondoa mzigo, pima diagonal mbili zilizoundwa kwenye uso wa nyenzo na ukokote thamani ya wastani ya hesabu d (katika milimita).
Kijaribio cha ugumu cha Vickers kimeshikana (angalia picha hapa chini). Mtihani unafanywa kwa joto la kawaida (+20 digrii). Thamani ya ugumu wa mwili inaonyeshwa na herufi HV.
Njia fupi
Njia hii ya kupima ugumu ilipendekezwa na mvumbuzi wa Marekani Albert Shor. Pia mara nyingi hujulikana kama "njia ya kurudi nyuma". Wakati wa kupima ugumu wa Pwani, mshambuliaji wa saizi ya kawaida na misa hutupwa kutoka kwa urefu fulani hadi kwenye uso wa nyenzo inayojaribiwa. Thamani kuu ya jaribio hili ni urefu wa kurudi nyuma wa kivamizi, kinachopimwa kwa vizio vya kawaida.
Ugumu wa ufuo hupimwa katika safu kutoka vitengo 20 hadi 140. Vitengo mia moja vinalingana na urefu wa rebound wa 13.6 mm (± 0.5 mm). Kwa mujibu wa kiwango, thamani hii ni ugumu wa chuma cha kaboni ngumu. Kifaa cha kisasa cha kupima ugumu wa nyenzo kulingana na Shore kinaitwa scleroscope au durometer (inaweza kuonekana kwenye picha hapa chini).
Mizani ya Mohs
Mizani ya ugumu wa Mohs inalinganishwa na inatumika kwa madini pekee. Madini kumi yalichaguliwa kama madini ya kumbukumbu, ambayo yalipangwa kwa utaratibu wa kuongezeka kwa ugumu (katika mchoro wa picha hapa chini). Ipasavyo, kipimo kina pointi 10 (kutoka 1 hadi 10).
Kipimo cha madini ya ugumu kilipendekezwa na mwanasayansi Mjerumani Friedrich Moos huko nyuma mnamo 1811. Hata hivyo, bado inatumika katika jiolojia.
Jinsi ya kubaini ugumu wa madini fulani kwenye kipimo cha Mohs? Hii inaweza kufanyika kwa kuchunguza kwa makini mwanzo ulioachwa na sampuli. Ni rahisi kutumia ukucha, sarafu ya shaba, kipande cha glasi au kisu cha chuma.
Kwa hivyo ikiwamadini yaliyojaribiwa huandika kwenye karatasi bila kuikwangua, basi ugumu wake ni sawa na moja. Ikiwa jiwe hupigwa kwa urahisi na ukucha, ugumu wake ni 2. Pointi tatu zina madini ambayo hupigwa kwa urahisi kwa kisu. Ikiwa unahitaji kufanya jitihada fulani kuacha alama kwenye jiwe, basi ugumu wake ni 4 au 5. Madini yenye ugumu wa 6 au zaidi wenyewe huacha scratches kwenye blade ya kisu.
Kwa kumalizia…
Kwa hiyo ugumu ni nini? Huu ni uwezo wa mwili kupinga uharibifu na deformation chini ya ushawishi wa nguvu za mawasiliano ya ndani. Madini ngumu zaidi Duniani inachukuliwa kuwa almasi, na chuma cha kudumu zaidi ni iridium. Katika sayansi na teknolojia ya kisasa, mbinu kadhaa za kupima ugumu hutumiwa (kulingana na Brinell, Rockwell, Vickers, Shore na Mohs).
