Hangisi daha sert, granit mi mermer mi, nikel mi alüminyum mu? Ve yine de sertlik nedir? Bu soruları yazımızda cevaplamaya çalışacağız. Bir dizi yabancı bilim adamı, minerallerin ve maddelerin sertliğini belirleme sorunuyla ilgilendi. Bunlar arasında Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers ve diğerleri var. Ancak, bilimde sertliği hesaplamak için tek ve genel kabul görmüş yöntem hala mevcut değil.
Sertlik nedir?
Bilim tarafından bilinen maddelerin her birinin bir takım belirli fiziksel özellikleri ve nitelikleri vardır. Bu makale sertliğin ne olduğunu tartışacaktır. Bu, bir malzemenin, içine daha dayanıklı başka bir cismin (örneğin bir kesme veya delme aleti) girmesine direnme yeteneğidir.
Maddelerin sertliği çoğunlukla özel birimlerle ölçülür - kgf/mm2 (milimetre kare başına kilogram-kuvvet). Seçilen ölçeğe bağlı olarak Latin harfleri HB, HRC veya HRB ile gösterilir.
Dünyadaki en sert mineral elmastır. Yapay kökenli malzemeler hakkında konuşursak, en dayanıklı olanı fullerittir. Yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 300 santigrat derece) ve aşırı yüksek basınçlarda (90.000 atmosferin üzerinde) oluşan moleküler bir kristaldir. Bilim adamlarına göre fullerit, elmastan yaklaşık bir buçuk kat daha serttir.
Sertlik nedir?
Üç ana sertlik seçeneği vardır:
- Yüzey (Yükün baskının yüzey alanına oranı ile belirlenir).
- Projeksiyon (Yükün baskının projeksiyon alanına oranı).
- Hacim (yük/baskı hacmi oranı).
Bunun yanı sıra, fiziksel cisimlerin sertliği dört aralıkta ölçülür:
- Nanosertlik (1 gf'den az yük).
- Mikro sertlik (1 – 200 gf).
- Düşük yüklerde sertlik (200 gf - 5 kgf).
- Makrosertlik (5 kgf'den fazla).
Metallerin sertliği
Mendeleev'in periyodik sisteminin 104 elementinden 82'si metaldir. Ve insanın bildiği toplam alaşım sayısı beş bine ulaşıyor! Modern dünyadaki metallerin kapsamı inanılmaz derecede geniştir. Bunlar askeri ve kimya endüstrileri, metalurji, elektrik mühendisliği, uzay endüstrisi, kuyumculuk, gemi yapımı, tıp vb.dir.
Metallerin tüm fiziksel ve kimyasal özellikleri arasında sertlik, sonuncu olmaktan çok uzaktır.rol. Ne de olsa şunu açıkça gösteriyor:
- Metalin aşınma direnci derecesi;
- basınç direnci;
- diğer malzemeleri kesme yeteneği.
Diğer şeylerin yanı sıra, bir metalin sertliği, belirli makinelerde işlenip işlenmediğini, parlatılıp parlatılamayacağını vb. gösterir. Bu arada, bilim adamları uzun zamandır bir metalin sertliğinin diğer mekanik özelliklerini büyük ölçüde belirlediğini kanıtladılar.
Demir, bakır ve alüminyumun sertliği nedir? Ve en sert ve en dayanıklı metal hangisidir?
Magnezyum ve alüminyum en yumuşak metaller arasındadır. Sertlik değerleri 5 kgf/mm2 arasında değişmektedir. Nikel ve bakırdan yaklaşık iki kat daha sert (yaklaşık 10 kgf/mm2). Demirin sertliğinin 30 kgf/mm2 olduğu tahmin edilmektedir. Doğal kaynaklı en sert metaller arasında titanyum, osmiyum ve iridyum bulunur.
Sertliğin belirlenmesi: yöntemler, yöntemler ve yaklaşımlar
Fiziksel bir vücudun sertliği nasıl ölçülür? Bunu yapmak için, numuneye sözde bir girinti eklenir. Rolü, ağır hizmet tipi bir metal top, piramit veya elmas koni tarafından oynanabilir. Girintinin doğrudan temas etkisinden sonra, test numunesi üzerinde, boyutu malzemenin sertliğini belirleyen bir baskı kalır.
Uygulamada, sertliği ölçmek için iki grup yöntem kullanılır:
- Dinamik.
- Kinetik.
Bu durumda indenterin gövdeye girişi sırasında uygulanan yük gerçekleştirilebilir.çizerek, girinti yaparak (çoğunlukla), keserek veya geri teperek.
Bugün sertliği belirlemek için birkaç farklı yaklaşım var:
- Rockwell;
- Brinell;
- Vickers'a göre;
- Sahilde;
- Mohs'a göre.
Buna göre, malzemelerin bir dizi farklı sertlik ölçeği vardır, aralarında doğrudan bir ilişki yoktur. Bir dizi faktöre (örneğin, belirli bir malzemenin özellikleri, deneyin koşulları, kullanılan ekipman vb.) dayalı olarak bir veya başka bir ölçüm yöntemi seçilir. Metallerin veya minerallerin sertliğini belirleyen cihazlara genellikle sertlik test cihazları denir.
Rockwell yöntemi
Rockwell sertlik değeri, test parçasının yüzeyinde bırakılan bir elmas koni veya metal bilyenin girinti derinliği ile belirlenir. Ayrıca boyutsuzdur ve HR harfleriyle gösterilir. Çok yumuşak olan malzemelerin sertlik değerleri negatif olabilir.
Sözde Rockwell sertlik test cihazı, geçen yüzyılın başında Amerikalılar Hugh Rockwell ve Stanley Rockwell tarafından icat edildi. Aşağıdaki videoda nasıl çalıştığını görebilirsiniz. Bu yöntem için kritik bir faktör, test numunesinin kalınlığıdır. Girintinin test gövdesine nüfuz etme derinliğinin on katından az olmamalıdır.
İnter tipine ve uygulanan yüke bağlı olarak üç ölçüm skalası vardır. Üç Latin harfiyle belirtilirler: A, B ve C. Rockwell sertlik değeri sayısal bir forma sahiptir. Örneğin: 25.5 HRC (sonharf, testte kullanılan ölçeği gösterir).
Brinell yöntemi
Brinell sertlik değeri, test edilen metalin yüzeyinde sertleştirilmiş bir çelik bilyenin bıraktığı izlenimin çapıyla belirlenir. Ölçü birimi kgf/mm2.
Yöntem 1900 yılında İsveçli mühendis Johan August Brinell tarafından önerildi. Test şu şekilde gerçekleştirilir: ilk olarak, girintinin numune üzerindeki ön yükü ayarlanır ve ancak o zaman - ana olan. Ayrıca, bu yükün altındaki malzeme 30 saniyeye kadar dayanabilir, bundan sonra girinti derinliği ölçülür. Brinell sertliği (HB olarak anılır), uygulanan yükün ortaya çıkan baskının yüzey alanına oranı olarak hesaplanır.
Farklı malzemeler için bazı sertlik değerleri (Brinell'e göre):
- Ahşap – 2, 6-7, 0 HB.
- Alüminyum - 15 HB.
- Bakır – 35 HB.
- Hafif çelik - 120 HB.
- Cam – 500 HB.
- Takım çeliği - 650-700 HB.
Vickers yöntemi
Vickers yöntemine göre sertlik, düzenli bir dörtgen piramit şeklindeki numuneye bir elmas ucun bastırılmasıyla belirlenir. Yükü kaldırdıktan sonra, malzemenin yüzeyinde oluşan iki köşegeni ölçün ve aritmetik ortalama değeri d (milimetre olarak) hesaplayın.
Vickers sertlik test cihazı oldukça kompakttır (aşağıdaki fotoğrafa bakın). Test oda sıcaklığında (+20 derece) gerçekleştirilir. Gövdenin sertlik değeri HV.
harfleriyle gösterilir.
Kısa yöntem
Sertliği ölçmek için bu yöntem Amerikalı mucit Albert Shor tarafından önerildi. Aynı zamanda genellikle "geri tepme yöntemi" olarak da adlandırılır. Shore sertliği ölçülürken, test edilen malzemenin yüzeyine belirli bir yükseklikten standart boyut ve kütleye sahip bir vurucu düşürülür. Bu deneyin anahtar değeri, forvetin geleneksel birimlerle ölçülen geri tepme yüksekliğidir.
Shore sertliği 20 ila 140 birim aralığında ölçülür. Yüz birim, 13,6 mm (± 0,5 mm) geri tepme yüksekliğine karşılık gelir. Standarda göre bu değer sertleştirilmiş karbon çeliğinin sertliğidir. Shore'a göre malzemelerin sertliğini ölçmek için modern bir cihaza skleroskop veya durometre denir (aşağıdaki fotoğrafta görülebilir).
Mohs ölçeği
Mohs sertlik ölçeği görecelidir ve yalnızca mineraller için geçerlidir. Artan sertlik sırasına göre düzenlenmiş (aşağıdaki fotoğraf diyagramında) on mineral referans mineral olarak seçilmiştir. Buna göre ölçekte 10 puan (1'den 10'a kadar) vardır.
Mineralojik sertlik ölçeği, 1811'de Alman bilim adamı Friedrich Moos tarafından önerildi. Yine de jeolojide hala kullanılmaktadır.
Mohs ölçeğinde belirli bir mineralin sertliği nasıl belirlenir? Bu, numunenin bıraktığı çizik dikkatlice incelenerek yapılabilir. Tırnak, bakır madeni para, cam parçası veya çelik bıçak kullanmak uygundur.
Öyleysetest edilen mineral, kağıda çizmeden yazar, ardından sertliği bire eşittir. Taş tırnakla kolayca çiziliyorsa sertliği 2'dir. Üç noktasında bıçakla kolayca çizilen mineraller vardır. Taşta iz bırakmak için biraz çaba sarf etmeniz gerekiyorsa, sertliği 4 veya 5'tir. Sertliği 6 veya daha yüksek olan minerallerin kendileri bıçak ağzında çizikler bırakır.
Sonuç olarak…
Peki sertlik nedir? Bu, fiziksel bir cismin yerel temas kuvvetlerinin etkisi altında yıkıma ve deformasyona direnme yeteneğidir. Dünyadaki en sert mineral elmas olarak kabul edilir ve en dayanıklı metal iridyumdur. Modern bilim ve teknolojide çeşitli sertlik ölçüm yöntemleri kullanılmaktadır (Brinell, Rockwell, Vickers, Shore ve Mohs'a göre).
