Cili është më i fortë, graniti apo mermeri, nikeli apo alumini? Dhe çfarë është ngurtësia gjithsesi? Ne do të përpiqemi t'u përgjigjemi këtyre pyetjeve në artikullin tonë. Një numër shkencëtarësh të huaj u morën me problemin e përcaktimit të fortësisë së mineraleve dhe substancave. Mes tyre janë Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers e të tjerë. Megjithatë, metoda e vetme dhe përgjithësisht e pranuar për llogaritjen e fortësisë në shkencë ende nuk ekziston.
Çfarë është fortësia?
Secila prej substancave të njohura për shkencën ka një sërë veçorish dhe cilësish fizike specifike. Ky artikull do të diskutojë se çfarë është ngurtësia. Kjo është aftësia e një materiali për t'i rezistuar depërtimit të një trupi tjetër më të qëndrueshëm në të (për shembull, një mjet prerës ose shpues).
Ngurtësia e substancave matet më shpesh në njësi speciale - kgf/mm2 (kilogram-forca për milimetër katror të sipërfaqes). Është caktuar me shkronja latine HB, HRC ose HRB, në varësi të shkallës së zgjedhur.
Minerali më i fortë në Tokë është diamanti. Nëse flasim për materiale me origjinë artificiale, atëherë më e qëndrueshme është fulleriti. Është një kristal molekular që formohet në temperatura të larta (rreth 300 gradë Celsius) dhe presione jashtëzakonisht të larta (mbi 90,000 atmosfera). Sipas shkencëtarëve, fulleriti është rreth një herë e gjysmë më i fortë se diamanti.
Çfarë është fortësia?
Ka tre opsione kryesore të fortësisë:
- Sipërfaqja (e përcaktuar nga raporti i ngarkesës me sipërfaqen e printimit).
- Projeksion (raporti i ngarkesës me zonën e projeksionit të gjurmës).
- Vëllimi (raporti i ngarkesës ndaj vëllimit të printimit).
Përveç kësaj, fortësia e trupave fizikë matet në katër vargje:
- Nanofortësi (Ngarkim më pak se 1 gf).
- Mikrofortësi (1 – 200 gf).
- Ngurtësi në ngarkesa të ulëta (200 gf - 5 kgf).
- Makrofortësi (më shumë se 5 kgf).
Ngurtësia e metaleve
Nga 104 elementë të sistemit periodik të Mendelejevit, 82 janë metale. Dhe numri i përgjithshëm i lidhjeve të njohura për njeriun arrin pesë mijë! Shtrirja e metaleve në botën moderne është tepër e gjerë. Këto janë industritë ushtarake dhe kimike, metalurgjia, inxhinieria elektrike, industria hapësinore, bizhuteri, ndërtimi i anijeve, mjekësia, etj.
Ndër të gjitha karakteristikat fizike dhe kimike të metaleve, fortësia është larg nga e funditrol. Në fund të fundit, ajo demonstron qartë:
- shkalla e rezistencës ndaj konsumit të metalit;
- rezistenca ndaj presionit;
- aftësia e tij për të prerë materiale të tjera.
Ndër të tjera, fortësia e një metali tregon nëse mund të përpunohet në makina të caktuara, nëse mund të lustrohet dhe të ngjashme. Meqë ra fjala, shkencëtarët kanë vërtetuar prej kohësh se ngurtësia e një metali përcakton kryesisht vetitë e tjera mekanike të tij.
Sa është ngurtësia e hekurit, bakrit dhe aluminit? Dhe cili metal është më i fortë dhe më i qëndrueshëm?
Magnezi dhe alumini janë ndër metalet më të buta. Vlerat e fortësisë së tyre variojnë brenda 5 kgf/mm2. Rreth dy herë më i fortë - nikel dhe bakër (rreth 10 kgf/mm2). Fortësia e hekurit vlerësohet në 30 kgf/mm2. Epo, metalet më të forta me origjinë natyrore përfshijnë titanin, osmiumin dhe iridiumin.
Përcaktimi i fortësisë: metodat, metodat dhe qasjet
Si matet ngurtësia e një trupi fizik? Për ta bërë këtë, një i ashtuquajtur indenter futet në mostër. Roli i tij mund të luhet nga një top metalik i rëndë, piramidë ose kon diamanti. Pas efektit të kontaktit të drejtpërdrejtë të dhëmbëzimit, në kampionin e provës mbetet një gjurmë, madhësia e së cilës përcakton fortësinë e materialit.
Në praktikë përdoren dy grupe metodash për matjen e fortësisë:
- Dynamic.
- Kinetike.
Në këtë rast, ngarkesa e aplikuar gjatë futjes së indenterit në trup mund të kryhetduke gërvishtur, gërvishtur (më shpesh), duke prerë ose duke u kthyer.
Sot ekzistojnë disa qasje të ndryshme për përcaktimin e fortësisë:
- Rockwell;
- Brinell;
- sipas Vickers;
- nga Shore;
- sipas Mohs.
Sipas kësaj, ekzistojnë një sërë shkallësh të ndryshme të fortësisë së materialeve, nuk ka asnjë lidhje të drejtpërdrejtë midis tyre. Një ose një tjetër metodë matjeje zgjidhet bazuar në një numër faktorësh (për shembull, vetitë e një materiali të caktuar, kushtet e eksperimentit, pajisjet e përdorura, etj.). Pajisjet që përcaktojnë fortësinë e metaleve ose mineraleve quhen zakonisht testues të fortësisë.
Metoda Rockwell
Vlera e fortësisë Rockwell përcaktohet nga thellësia e dhëmbëzimit të një koni diamanti ose topi metalik të mbetur në sipërfaqen e pjesës së provës. Për më tepër, është pa dimension dhe shënohet me shkronjat HR. Materialet që janë shumë të buta mund të kenë vlera negative të fortësisë.
I ashtuquajturi testues i fortësisë Rockwell u shpik në fillim të shekullit të kaluar nga amerikanët Hugh Rockwell dhe Stanley Rockwell. Se si funksionon mund ta shihni në videon e mëposhtme. Një faktor kritik për këtë metodë është trashësia e kampionit të provës. Nuk duhet të jetë më pak se dhjetë herë thellësia e depërtimit të dhëmbëzimit në trupin e provës.
Në varësi të llojit të dhëmbëzimit dhe ngarkesës së aplikuar, ekzistojnë tre shkallë matëse. Ato përcaktohen me tre shkronja latine: A, B dhe C. Vlera e fortësisë Rockwell ka një formë numerike. Për shembull: 25.5 HRC (e funditshkronja tregon shkallën që është përdorur në test).
Metoda Brinell
Vlera e fortësisë Brinell përcaktohet nga diametri i mbresës që lë një top çeliku i ngurtësuar në sipërfaqen e metalit që testohet. Njësia matëse është kgf/mm2.
Metoda u propozua në vitin 1900 nga inxhinieri suedez Johan August Brinell. Testi kryhet si më poshtë: së pari, vendoset parangarkesa e indenterit në mostër, dhe vetëm atëherë - kryesore. Për më tepër, materiali nën këtë ngarkesë mund të përballojë deri në 30 sekonda, pas së cilës matet thellësia e dhëmbëzimit. Fortësia e Brinell (referuar si HB) llogaritet si raporti i ngarkesës së aplikuar me sipërfaqen e printimit që rezulton.
Disa vlera fortësie për materiale të ndryshme (sipas Brinell):
- Dru – 2, 6-7, 0 HB.
- Alumin - 15 HB.
- Bakër – 35 HB.
- Çeliku i butë - 120 HB.
- Glass – 500 HB.
- Çeliku veglash - 650-700 HB.
Metoda Vickers
Ngurtësia sipas metodës Vickers përcaktohet duke shtypur një majë diamanti në kampion, që ka formën e një piramide të rregullt katërkëndore. Pas heqjes së ngarkesës, matni dy diagonalet e formuara në sipërfaqen e materialit dhe llogaritni vlerën mesatare aritmetike d (në milimetra).
Testeri i fortësisë Vickers është mjaft kompakt (shih foton më poshtë). Testi kryhet në temperaturën e dhomës (+20 gradë). Vlera e fortësisë së trupit tregohet me shkronjat HV.
Metoda Shor
Kjo metodë e matjes së fortësisë u propozua nga shpikësi amerikan Albert Shor. Gjithashtu shpesh quhet "metoda e rikthimit". Gjatë matjes së fortësisë Shore, një goditje me madhësi dhe masë standarde hidhet nga një lartësi e caktuar mbi sipërfaqen e materialit që testohet. Vlera kryesore e këtij eksperimenti është lartësia e rikthimit të sulmuesit, e matur në njësi konvencionale.
Fortësia e bregores matet në rangun nga 20 në 140 njësi. Njëqind njësi korrespondojnë me një lartësi rikthimi prej 13.6 mm (± 0.5 mm). Sipas standardit, kjo vlerë është ngurtësia e çelikut të karbonit të ngurtësuar. Një pajisje moderne për matjen e fortësisë së materialeve sipas Shore quhet skleroskop ose durometër (mund të shihet në foton më poshtë).
Shkalla Mohs
Shkalla e fortësisë Mohs është relative dhe zbatohet ekskluzivisht për mineralet. Dhjetë minerale u zgjodhën si minerale referencë, të cilat u renditën sipas ngurtësisë në rritje (në foto diagramin më poshtë). Prandaj, shkalla ka 10 pikë (nga 1 në 10).
Shkalla mineralogjike e fortësisë u propozua nga shkencëtari gjerman Friedrich Moos në vitin 1811. Megjithatë, ai përdoret ende në gjeologji.
Si të përcaktohet fortësia e një minerali të veçantë në shkallën Mohs? Kjo mund të bëhet duke ekzaminuar me kujdes gërvishtjen e lënë nga kampioni. Është i përshtatshëm për të përdorur një gozhdë, një monedhë bakri, një copë xhami ose një thikë çeliku.
Pra, nëseminerali i testuar shkruan në letër pa e gërvishtur, atëherë fortësia e tij është e barabartë me një. Nëse guri gërvishtet lehtësisht me thonj, fortësia e tij është 2. Tre pika kanë minerale që gërvishten lehtësisht me thikë. Nëse duhet të bëni disa përpjekje për të lënë gjurmë në gur, atëherë fortësia e tij është 4 ose 5. Mineralet me fortësi 6 ose më të lartë lënë vetë gërvishtjet në tehun e thikës.
Në përfundim…
Pra, çfarë është ngurtësia? Kjo është aftësia e një trupi fizik për t'i rezistuar shkatërrimit dhe deformimit nën ndikimin e forcave lokale të kontaktit. Minerali më i fortë në Tokë konsiderohet të jetë diamanti, dhe metali më i qëndrueshëm është iridiumi. Në shkencën dhe teknologjinë moderne, përdoren disa metoda të matjes së fortësisë (sipas Brinell, Rockwell, Vickers, Shore dhe Mohs).
