Was ist härter, Granit oder Marmor, Nickel oder Aluminium? Und was ist überhaupt Härte? Wir werden versuchen, diese Fragen in unserem Artikel zu beantworten. Eine Reihe ausländischer Wissenschaftler befasste sich mit dem Problem der Bestimmung der Härte von Mineralien und Substanzen. Unter ihnen sind Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers und andere. Die einzige und allgemein akzeptierte Methode zur Berechnung der Härte in der Wissenschaft existiert jedoch immer noch nicht.
Was ist Härte?
Jede der Wissenschaft bekannte Substanz hat eine Reihe spezifischer physikalischer Eigenschaften und Qualitäten. In diesem Artikel wird erläutert, was Härte ist. Dies ist die Fähigkeit eines Materials, dem Eindringen eines anderen, h altbareren Körpers (z. B. eines Schneid- oder Lochwerkzeugs) zu widerstehen.
Die Härte von Substanzen wird meistens in speziellen Einheiten gemessen - kgf/mm2 (Kilogramm-Kraft pro Quadratmillimeter Fläche). Sie wird je nach gewählter Skala mit den lateinischen Buchstaben HB, HRC oder HRB bezeichnet.
Das härteste Mineral der Erde ist Diamant. Wenn wir über Materialien künstlichen Ursprungs sprechen, ist Fullerit am h altbarsten. Es ist ein Molekülkristall, der sich bei hohen Temperaturen (etwa 300 Grad Celsius) und extrem hohen Drücken (über 90.000 Atmosphären) bildet. Laut Wissenschaftlern ist Fullerit etwa eineinhalb Mal härter als Diamant.
Was ist Härte?
Es gibt drei Haupthärteoptionen:
- Oberfläche (bestimmt durch das Verhältnis der Belastung zur Oberfläche des Drucks).
- Projektion (das Verhältnis der Belastung zur Projektionsfläche des Abdrucks).
- Volumen (Verhältnis Lade- zu Druckvolumen).
Außerdem wird die Härte physischer Körper in vier Bereichen gemessen:
- Nanohärte (Last weniger als 1 gf).
- Mikrohärte (1 – 200 gf).
- Härte bei geringer Belastung (200 gf - 5 kgf).
- Makrohärte (mehr als 5 kgf).
Härte von Metallen
Von 104 Elementen in Mendelejews Periodensystem sind 82 Metalle. Und die Gesamtzahl der dem Menschen bekannten Legierungen erreicht fünftausend! Der Anwendungsbereich von Metallen in der modernen Welt ist unglaublich breit. Dies sind die Militär- und Chemieindustrie, Metallurgie, Elektrotechnik, Raumfahrtindustrie, Schmuck, Schiffbau, Medizin usw.
Unter allen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Metallen steht die Härte bei weitem nicht an letzter StelleRolle. Immerhin demonstriert sie deutlich:
- Grad der Verschleißfestigkeit des Metalls;
- Druckfestigkeit;
- seine Fähigkeit, andere Materialien zu schneiden.
Die Härte eines Metalls zeigt unter anderem an, ob es sich auf bestimmten Maschinen bearbeiten lässt, ob es sich polieren lässt und Ähnliches. Wissenschaftler haben übrigens längst bewiesen, dass die Härte eines Metalls seine anderen mechanischen Eigenschaften maßgeblich bestimmt.
Was ist die Härte von Eisen, Kupfer und Aluminium? Und welches Metall ist das härteste und h altbarste?
Magnesium und Aluminium gehören zu den weichsten Metallen. Ihre Härtewerte variieren innerhalb von 5 kgf/mm2. Etwa doppelt so hart - Nickel und Kupfer (etwa 10 kgf/mm2). Die Härte von Eisen wird auf 30 kgf/mm2 geschätzt. Zu den härtesten Metallen natürlichen Ursprungs gehören Titan, Osmium und Iridium.
Bestimmung der Härte: Methoden, Methoden und Vorgehensweisen
Wie wird die Härte eines physischen Körpers gemessen? Dazu wird ein sogenannter Indenter in die Probe eingebracht. Seine Rolle kann eine schwere Metallkugel, eine Pyramide oder ein Diamantkegel spielen. Nach der direkten Kontaktwirkung des Eindringkörpers verbleibt auf dem Prüfmuster ein Abdruck, dessen Größe die Härte des Materials bestimmt.
In der Praxis werden zwei Gruppen von Methoden zur Härtemessung verwendet:
- Dynamisch.
- Kinetik.
In diesem Fall kann die aufgebrachte Belastung beim Einbringen des Eindringkörpers in den Körper durchgeführt werdenB. durch Kratzen, Einkerben (meistens), Schneiden oder Zurückprallen.
Heute gibt es verschiedene Ansätze zur Bestimmung der Härte:
- Rockwell;
- Brinell;
- nach Vickers;
- by Shore;
- nach Mohs.
Dementsprechend gibt es verschiedene Härteskalen von Materialien, zwischen denen kein direkter Zusammenhang besteht. Die Wahl der einen oder anderen Messmethode hängt von einer Reihe von Faktoren ab (z. B. den Eigenschaften eines bestimmten Materials, den Versuchsbedingungen, der verwendeten Ausrüstung usw.). Geräte, die die Härte von Metallen oder Mineralien bestimmen, werden allgemein als Härteprüfer bezeichnet.
Rockwell-Methode
Der Rockwell-Härtewert wird durch die Tiefe der Vertiefung eines Diamantkegels oder einer Metallkugel bestimmt, die auf der Oberfläche des Teststücks zurückbleibt. Außerdem ist es dimensionslos und wird mit den Buchstaben HR bezeichnet. Zu weiche Materialien können negative Härtewerte haben.
Der sogenannte Rockwell-Härteprüfer wurde Anfang des letzten Jahrhunderts von den Amerikanern Hugh Rockwell und Stanley Rockwell erfunden. Wie das funktioniert, sehen Sie im folgenden Video. Entscheidend für dieses Verfahren ist die Dicke des Prüfkörpers. Sie sollte das Zehnfache der Eindringtiefe des Eindringkörpers in den Prüfkörper nicht unterschreiten.
Je nach Art des Eindringkörpers und der aufgebrachten Last gibt es drei Messskalen. Sie werden mit drei lateinischen Buchstaben bezeichnet: A, B und C. Der Rockwell-Härtewert hat eine numerische Form. Zum Beispiel: 25,5 HRC (letzteder Buchstabe gibt die Skala an, die im Test verwendet wurde).
Brinell-Methode
Der Wert der Brinell-Härte wird durch den Durchmesser des Abdrucks bestimmt, den eine gehärtete Stahlkugel auf der Oberfläche des zu prüfenden Metalls hinterlässt. Die Maßeinheit ist kgf/mm2.
Die Methode wurde 1900 von dem schwedischen Ingenieur Johan August Brinell vorgeschlagen. Der Test wird wie folgt durchgeführt: Zuerst wird die Vorspannung des Eindringkörpers auf die Probe eingestellt und erst dann - die Hauptlast. Außerdem hält das Material dieser Belastung bis zu 30 Sekunden stand, danach wird die Eindringtiefe gemessen. Die Brinell-Härte (als HB bezeichnet) wird als Verhältnis der aufgebrachten Last zur Oberfläche des resultierenden Drucks berechnet.
Einige Härtewerte für verschiedene Materialien (nach Brinell):
- Holz – 2, 6-7, 0 HB.
- Aluminium - 15 HB.
- Kupfer – 35 HB.
- Baustahl - 120 HB.
- Glas – 500 HB.
- Werkzeugstahl - 650-700 HB.
Vickers-Methode
Die Härte nach der Vickers-Methode wird bestimmt, indem eine Diamantspitze in Form einer regelmäßigen viereckigen Pyramide in die Probe gedrückt wird. Messen Sie nach dem Entfernen der Last die beiden auf der Materialoberfläche gebildeten Diagonalen und berechnen Sie den arithmetischen Mittelwert d (in Millimetern).
Vickers-Härteprüfgerät ist recht kompakt (siehe Foto unten). Der Test wird bei Raumtemperatur (+20 Grad) durchgeführt. Der Härtewert des Körpers wird durch die Buchstaben HV.
angegeben
Shor-Methode
Diese Methode zur Härtemessung wurde vom amerikanischen Erfinder Albert Shor vorgeschlagen. Sie wird auch oft als „Rebound-Methode“bezeichnet. Bei der Messung der Shore-Härte wird ein Schlagbolzen genormter Größe und Masse aus einer bestimmten Höhe auf die Oberfläche des zu prüfenden Materials fallen gelassen. Der Schlüsselwert dieses Experiments ist die Rückprallhöhe des Schlägers, gemessen in herkömmlichen Einheiten.
Die Shore-Härte wird im Bereich von 20 bis 140 Einheiten gemessen. Einhundert Einheiten entsprechen einer Rückprallhöhe von 13,6 mm (± 0,5 mm). Dieser Wert ist laut Norm die Härte von gehärtetem Kohlenstoffstahl. Ein modernes Gerät zur Messung der Härte von Materialien nach Shore wird Skleroskop oder Durometer genannt (es ist auf dem Foto unten zu sehen).
Mohs-Skala
Die Härteskala nach Mohs ist relativ und gilt ausschließlich für Mineralien. Als Referenzminerale wurden zehn Mineralien ausgewählt, die nach zunehmender Härte geordnet wurden (im Fotodiagramm unten). Dementsprechend hat die Skala 10 Punkte (von 1 bis 10).
Die mineralogische Härteskala wurde bereits 1811 vom deutschen Wissenschaftler Friedrich Moos vorgeschlagen. Trotzdem wird es immer noch in der Geologie verwendet.
Wie bestimmt man die Härte eines bestimmten Minerals auf der Mohs-Skala? Dies kann durch sorgfältige Untersuchung des durch die Probe hinterlassenen Kratzers erfolgen. Es ist bequem, einen Fingernagel, eine Kupfermünze, ein Stück Glas oder ein Stahlmesser zu verwenden.
Also wenndas getestete mineral schreibt auf papier ohne es zu zerkratzen, dann ist seine härte gleich eins. Wenn der Stein leicht mit einem Fingernagel zerkratzt wird, beträgt seine Härte 2. Drei Punkte haben Mineralien, die leicht mit einem Messer zerkratzt werden können. Wenn Sie sich anstrengen müssen, um Spuren auf dem Stein zu hinterlassen, dann liegt seine Härte bei 4 oder 5. Mineralien mit einer Härte von 6 oder höher hinterlassen selbst Kratzer auf der Messerklinge.
Zum Schluss…
Also, was ist Härte? Dies ist die Fähigkeit eines physischen Körpers, Zerstörung und Verformung unter dem Einfluss lokaler Kontaktkräfte zu widerstehen. Das härteste Mineral der Erde gilt als Diamant, und das h altbarste Metall ist Iridium. In der modernen Wissenschaft und Technik werden verschiedene Härtemessverfahren verwendet (nach Brinell, Rockwell, Vickers, Shore und Mohs).
