Определение твёрдости по шкале Мооса — один из наиболее распространённых способов оценки твёрдости материалов. твердость материала Помогает инженерам и специалистам выбирать подходящие материалы для конкретных целей, обеспечивая долговечность и эффективность. Этот простой и удобный для полевых условий метод используется уже более двух столетий и играет ключевую роль в образовании, минералогии и различных отраслях промышленности, предоставляя быстрый и экономичный способ оценки стойкости материалов к царапинам.
Содержание:
Что такое тест на твердость по шкале Мооса?
Шкала твёрдости Мооса — это шкала, которая оценивает твёрдость минералов по их способности противостоять царапанию. Проще говоря, она измеряет, насколько легко минерал может быть поцарапан другим веществом.
Испытание основано на принципе, что более твёрдый материал может поцарапать более мягкий, но не наоборот. Например, если минерал А может поцарапать минерал Б, то минерал А твёрже. Если нет, то минерал Б твёрже или равен ему по твёрдости.
Этот метод был разработан в 1812 году немецким геологом и минералогом Фридрихом Моосом. Он создал шкалу из 10 минералов с чётко определёнными значениями твёрдости, начиная от самого мягкого (тальк) до самого твёрдого из известных природных материалов (алмаз).
Шкала твердости Мооса
Шкала твёрдости Мооса ранжирует минералы по шкале от 1 до 10, где 1 соответствует самой мягкой породе, а 10 — самой твёрдой. Каждое число на шкале соответствует эталонному минералу с известной твёрдостью.
Таблица твердости по шкале Мооса
Шкала Мооса нелинейна, поскольку не показывает пропорционального увеличения твёрдости, хотя их численные значения различаются на один шаг. Например, переход от кальцита (3) к флюориту (4) означает увеличение примерно на 50%, а переход от корунда (9) к алмазу (10) — примерно на 275%.
| Уровень твердости по шкале Мооса | Абсолютный уровень твердости | Минеральные |
|---|---|---|
| 1 | 1 | Тальк |
| 2 | 2 | гипсовый |
| 3 | 14 | Кальцит |
| 4 | 21 | Флюорит |
| 5 | 48 | Апатит |
| 6 | 72 | Ортоклаз полевой шпат |
| 7 | 100 | Кварц |
| 8 | 200 | Топаз |
| 9 | 400 | Корунд |
| 10 | 1500 | Diamond |
Процедура испытания на твердость по шкале Мооса
Процедура проведения испытания на твёрдость по шкале Мооса проста и часто требует минимального оборудования. Обычно для этого используется набор для определения твёрдости по шкале Мооса, включающий эталонные минералы или инструменты известной твёрдости.
Набор для определения твердости по Моосу
- Ноготь (2.5)
- Медная монета (3)
- Нож или стальное лезвие (5–5.5)
- Стеклянная пластина (5.5–6)
- Стальной напильник (6.5)
- Набор медиаторов Мооса (коммерческие наборы)
Базовые приготовления
Выберите ровную чистую поверхность минерала или неизвестного материала.
Проведите тест на царапину
Попробуйте поцарапать его кончиком эталонного минерала или предмета известной твердости, например, ногтем, краем медной монеты, кончиком стального напильника и т. д. Царапайте, вдавливая эталонный материал в испытуемый образец и проводя по нему, чтобы сделать вмятину.
Наблюдайте за царапиной
Проверьте тестовый образец на наличие царапины, осмотрев его или почувствовав пальцами. Настоящая царапина оставит бороздку; ложную царапину часто можно стереть. Если царапина получена, значит, тестер твёрже, чем образец; в противном случае, образец твёрже, чем тестер.
Тест снова
Если тестовый образец не удалось поцарапать, повторите тест, используя инструменты всё большей твёрдости, пока не найдёте тот, который царапает, и/или тот, который не царапает. Обязательно повторите тест на царапание, используя острую поверхность тестера на новой поверхности тестового образца.
Подведем итоги
Оцените твёрдость, исходя из самого твёрдого материала, который не может поцарапать образец, и самого мягкого, который может. Например, если вы поцарапаете образец ножом, его твёрдость будет менее 5.5, но если медная монета не может его поцарапать, то, скорее всего, образец имеет ту же твёрдость, что и монета.
Применение теста на твердость по шкале Мооса
Тест Мооса, хотя и недостаточно точный для детальных промышленных испытаний, эффективен для оценок на ранней стадии и широко применяется во многих областях благодаря своей простоте и практичности.
Геология и минералогия
Геологи и минералоги используют шкалу твердости Мооса для определения неизвестных минералов непосредственно в полевых условиях.
Гемология
В геммологии шкала служит надежным инструментом для подтверждения подлинности драгоценных камней и определения их устойчивости к царапинам.
Строительство
Профессионалы в строительстве применяют эту шкалу при оценке плитки, камня и керамики на предмет долговечности и пригодности для использования в таких помещениях, как кухни, столешницы и стеновые панели.
Производство и покрытия
Производители и специалисты по покрытиям полагаются на данные о твердости при выборе материалов и покрытий, способных выдерживать поверхностный износ и сохранять эксплуатационные характеристики в течение долгого времени.
Преимущества теста на твердость по Моосу
Простой в использовании
Этот метод прост и не требует длительного обучения или сложного оборудования.
Экономически эффективным
Доступные тестовые наборы или методы самостоятельного проведения тестов помогают снизить расходы пользователей.
Неразрушающий
При этом большая часть образца остается нетронутой, для оценки требуется лишь небольшая царапина.
Портативная
Благодаря легкому весу инструментов и минимальному технологическому оснащению он идеально подходит для работы на месте в полевых условиях.
Ограничения теста на твердость по шкале Мооса
Неточно для инженерии
В отличие от испытаний по Роквеллу или Виккерсу метод Мооса не обеспечивает точных или количественных значений твердости, необходимых для инженерных применений.
Субъективные результаты скретч-теста
Результаты могут различаться в зависимости от способа проведения теста и текущего состояния материала.
Нелинейная шкала
Шкала Мооса не пропорциональна; например, алмаз значительно тверже корунда, несмотря на то, что находится всего на одну ступень выше по шкале.
Чувствительность к состоянию поверхности
Измененные или выветренные поверхности могут привести к получению неверных показаний твердости.
Путаница между твердостью и прочностью
Твердость не следует путать с прочностью; некоторые материалы, например стекло, твердые, но склонны к разрушению под действием нагрузки. Для инженерных приложений, требующих точных данных, рекомендуются более сложные испытания.
Твердость по шкале Мооса и другие тесты на твердость
В следующей таблице показаны основные различия между тестом на твердость по шкале Мооса и другими методы испытания на твердость как Роквелл, Виккерс и Бринелль.
| Особенность | Мооса | Rockwell | Vickers | Бринеллю |
|---|---|---|---|---|
| Тип | Качественный | Количественный | Количественный | Количественный |
| Способ доставки | испытание Царапина | Глубина отступа | Размер отступа (микро) | Размер отступа (макрос) |
| Полевое использование | Да (портативный) | Нет (лабораторно) | Нет (лабораторно) | Нет (лабораторно) |
| точность | Низкий | Высокий | Очень высоко | Высокий |
| Общего пользования | Минералы, драгоценные камни | Металлы, пластмассы | Тонкие пленки, покрытия | Более мягкие металлы, дерево |
| Стоимость оборудования | Низкий | От среднего до высокого | Высокий | Средний |
Тест по шкале Мооса лучше всего подходит для быстрых и качественных полевых испытаний, в то время как другие тесты больше подходят для промышленной и лабораторной точности.
FAQ
Где можно купить набор для определения твердости по шкале Мооса?
Набор для определения твёрдости по шкале Мооса можно приобрести как у специализированных поставщиков, таких как Mineralab, так и в интернет-магазинах, таких как Amazon, eBay или Ubuy. Большинство наборов поставляются в полной комплектации, включая опциональные образцы минералов.
Существует ли стандарт, регулирующий испытание на твердость по шкале Мооса?
Да, стандарт ASTM C1895 «Стандартный метод определения твёрдости по шкале Мооса» является руководящим документом для испытаний на твёрдость царапанием. Следовательно, он может быть использован для регламентации испытаний на твёрдость по шкале Мооса.