რომელია უფრო მყარი, გრანიტი თუ მარმარილო, ნიკელი თუ ალუმინი? და მაინც რა არის სიხისტე? ჩვენ შევეცდებით ამ კითხვებზე პასუხის გაცემას ჩვენს სტატიაში. მინერალებისა და ნივთიერებების სიხისტის განსაზღვრის პრობლემას არაერთი უცხოელი მეცნიერი შეეხო. მათ შორის არიან ალბერტ შორი, ფრიდრიხ მუსი, იოჰან ავგუსტ ბრინელი, უილიამ ვიკერსი და სხვები. თუმცა, მეცნიერებაში სიხისტის გამოთვლის ერთადერთი და ზოგადად მიღებული მეთოდი ჯერ კიდევ არ არსებობს.
რა არის სიხისტე?
მეცნიერებისთვის ცნობილ თითოეულ ნივთიერებას აქვს მთელი რიგი სპეციფიკური ფიზიკური თვისებები და თვისებები. ეს სტატია განიხილავს რა არის სიმტკიცე. ეს არის მასალის უნარი, გაუძლოს მასში სხვა, უფრო გამძლე სხეულის შეღწევას (მაგალითად, საჭრელი ან გამჭოლი ხელსაწყოს).
ნივთიერებების სიხისტე ყველაზე ხშირად იზომება სპეციალურ ერთეულებში - კგფ/მმ2 (კილოგრამი-ძალა ფართობის კვადრატულ მილიმეტრზე). იგი მითითებულია ლათინური ასოებით HB, HRC ან HRB, არჩეული მასშტაბის მიხედვით.
დედამიწაზე ყველაზე მძიმე მინერალი არის ბრილიანტი. თუ ვსაუბრობთ ხელოვნური წარმოშობის მასალებზე, მაშინ ყველაზე გამძლეა ფულერიტი. ეს არის მოლეკულური კრისტალი, რომელიც იქმნება მაღალ ტემპერატურაზე (დაახლოებით 300 გრადუსი ცელსიუსი) და უკიდურესად მაღალ წნევაზე (90000 ატმოსფეროზე მეტი). მეცნიერთა აზრით, ფულერიტი დაახლოებით ერთნახევარჯერ უფრო მყარია ვიდრე ბრილიანტი.
რა არის სიხისტე?
არსებობს სამი ძირითადი სიხისტის ვარიანტი:
- ზედაპირი (განსაზღვრულია დატვირთვის თანაფარდობით ბეჭდვის ზედაპირის ფართობთან).
- პროექცია (დატვირთვის თანაფარდობა ანაბეჭდის საპროექციო არეალთან).
- მოცულობა (დატვირთვა ბეჭდვის მოცულობასთან თანაფარდობა).
გარდა ამისა, ფიზიკური სხეულების სიმტკიცე იზომება ოთხ დიაპაზონში:
- ნანოსიმტკიცე (ჩატვირთვა 1 გფ-ზე ნაკლები).
- მიკროსიმტკიცე (1 – 200 გფ).
- სიხისტე დაბალ დატვირთვაზე (200 გფ - 5 კგფ).
- მაკროსიმტკიცე (5 კგფ-ზე მეტი).
ლითონების სიხისტე
მენდელეევის პერიოდული სისტემის 104 ელემენტიდან 82 ლითონია. და ადამიანისთვის ცნობილი შენადნობების საერთო რაოდენობა ხუთ ათასს აღწევს! თანამედროვე სამყაროში ლითონების სფერო წარმოუდგენლად ფართოა. ეს არის სამხედრო და ქიმიური მრეწველობა, მეტალურგია, ელექტროინჟინერია, კოსმოსური მრეწველობა, სამკაულები, გემთმშენებლობა, მედიცინა და ა.შ.
მეტალების ფიზიკურ და ქიმიურ მახასიათებლებს შორის სიმტკიცე შორს არის ბოლოდანროლი. ყოველივე ამის შემდეგ, ის აშკარად აჩვენებს:
- მეტალის აცვიათ წინააღმდეგობის ხარისხი;
- წნევის წინააღმდეგობა;
- სხვა მასალების მოჭრის უნარი.
სხვა საკითხებთან ერთად, ლითონის სიმტკიცე გვიჩვენებს, შესაძლებელია თუ არა მისი დამუშავება გარკვეულ მანქანებზე, შეიძლება თუ არა მისი გაპრიალება და ა.შ. სხვათა შორის, მეცნიერებმა დიდი ხანია დაამტკიცეს, რომ ლითონის სიმტკიცე დიდწილად განსაზღვრავს მის სხვა მექანიკურ თვისებებს.
რა არის რკინის, სპილენძის და ალუმინის სიმტკიცე? და რომელი მეტალია ყველაზე მყარი და გამძლე?
მაგნიუმი და ალუმინი ყველაზე რბილ ლითონებს შორისაა. მათი სიხისტის მნიშვნელობები მერყეობს 5 კგფ/მმ2 ფარგლებში. დაახლოებით ორჯერ უფრო მყარი - ნიკელი და სპილენძი (დაახლოებით 10 კგფ/მმ2). რკინის სიმტკიცე შეფასებულია 30 კგფ/მმ2. ბუნებრივი წარმოშობის ურთულესი ლითონებია ტიტანი, ოსმიუმი და ირიდიუმი.
სიხისტის განსაზღვრა: მეთოდები, მეთოდები და მიდგომები
როგორ იზომება ფიზიკური სხეულის სიმტკიცე? ამისათვის ნიმუშში შეჰყავთ ე.წ. მის როლს შეუძლია შეასრულოს მძიმე ლითონის ბურთი, პირამიდა ან ბრილიანტის კონუსი. ჩაღრმავების პირდაპირი კონტაქტის ეფექტის შემდეგ, ტესტის ნიმუშზე რჩება ანაბეჭდი, რომლის ზომა განსაზღვრავს მასალის სიმტკიცეს.
პრაქტიკაში გამოიყენება სიხისტის გაზომვის მეთოდების ორი ჯგუფი:
- დინამიური.
- კინეტიკური.
ამ შემთხვევაში შეიძლება განხორციელდეს ჩაღრმავების სხეულში შეყვანის დროს გამოყენებული დატვირთვანაკაწრით, ჩაღრმავებით (ყველაზე ხშირად), ჭრით ან აბრუნებით.
დღეს არსებობს რამდენიმე განსხვავებული მიდგომა სიხისტის დასადგენად:
- როკველი;
- ბრინელი;
- ვიკერსის მიხედვით;
- ნაპირთან;
- მოჰსის მიხედვით.
შესაბამისად, არსებობს მასალების სიხისტის სხვადასხვა მასშტაბები, მათ შორის პირდაპირი კავშირი არ არსებობს. გაზომვის ამა თუ იმ მეთოდის არჩევა ხდება მთელი რიგი ფაქტორების საფუძველზე (მაგალითად, კონკრეტული მასალის თვისებები, ექსპერიმენტის პირობები, გამოყენებული აღჭურვილობა და ა.შ.). მოწყობილობებს, რომლებიც განსაზღვრავენ ლითონების ან მინერალების სიმტკიცეს, ჩვეულებრივ უწოდებენ სიხისტის ტესტერებს.
როკველის მეთოდი
როკველის სიხისტის მნიშვნელობა განისაზღვრება საცდელი ნაწილის ზედაპირზე დარჩენილი ალმასის კონუსის ან ლითონის ბურთის ჩაღრმავების სიღრმით. უფრო მეტიც, ის არის განზომილებიანი და აღინიშნება ასოებით HR. ზედმეტად რბილ მასალებს შეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი სიმტკიცე.
ე.წ. Rockwell-ის სიხისტის შემმოწმებელი გამოიგონეს გასული საუკუნის დასაწყისში ამერიკელებმა ჰიუ როკველმა და სტენლი როკველმა. როგორ მუშაობს ეს შეგიძლიათ იხილოთ შემდეგ ვიდეოში. ამ მეთოდისთვის გადამწყვეტი ფაქტორია ტესტის ნიმუშის სისქე. ის არ უნდა იყოს ათჯერ ნაკლები საცდელ სხეულში ჩაღრმავების სიღრმეზე.
შეწევის ტიპისა და გამოყენებული დატვირთვის მიხედვით, არსებობს სამი საზომი სასწორი. ისინი აღინიშნება სამი ლათინური ასოებით: A, B და C. როკველის სიხისტის მნიშვნელობას აქვს რიცხვითი ფორმა. მაგალითად: 25.5 HRC (ბოლოასო მიუთითებს იმ მასშტაბზე, რომელიც გამოიყენეს ტესტში).
ბრინელის მეთოდი
ბრინელის სიხისტის მნიშვნელობა განისაზღვრება გამოსაცდელი ლითონის ზედაპირზე გამაგრებული ფოლადის ბურთის მიერ დატოვებული ანაბეჭდის დიამეტრით. საზომი ერთეულია კგფ/მმ2.
მეთოდი შემოგვთავაზა 1900 წელს შვედმა ინჟინერმა იოჰან ავგუსტ ბრინელმა. ტესტი ტარდება შემდეგნაირად: ჯერ ნიმუშზე დგინდება ჩაღრმავების წინასწარი დატვირთვა და მხოლოდ ამის შემდეგ - მთავარი. უფრო მეტიც, ამ დატვირთვის ქვეშ მყოფი მასალა უძლებს 30 წამს, რის შემდეგაც იზომება ჩაღრმავების სიღრმე. ბრინელის სიმტკიცე (მოხსენიებული როგორც HB) გამოითვლება, როგორც გამოყენებული დატვირთვის თანაფარდობა მიღებული ნაბეჭდის ზედაპირის ფართობთან.
სიხისტის მნიშვნელობები სხვადასხვა მასალისთვის (ბრინელის მიხედვით):
- ხე - 2, 6-7, 0 HB.
- ალუმინი - 15 HB.
- სპილენძი – 35 HB.
- რბილი ფოლადი - 120 HB.
- მინა – 500 HB.
- იარაღების ფოლადი - 650-700 HB.
ვიკერსის მეთოდი
სიხისტე ვიკერსის მეთოდის მიხედვით განისაზღვრება ნიმუშში ალმასის წვერის დაჭერით, რომელსაც აქვს რეგულარული ოთხკუთხა პირამიდის ფორმა. დატვირთვის მოხსნის შემდეგ გაზომეთ მასალის ზედაპირზე წარმოქმნილი ორი დიაგონალი და გამოთვალეთ საშუალო არითმეტიკული მნიშვნელობა d (მილიმეტრებში).
ვიკერსის სიხისტის შემმოწმებელი საკმაოდ კომპაქტურია (იხილეთ სურათი ქვემოთ). ტესტი ტარდება ოთახის ტემპერატურაზე (+20 გრადუსი). სხეულის სიხისტის მნიშვნელობა მითითებულია ასოებით HV.
შორის მეთოდი
სიხისტის გაზომვის ეს მეთოდი შემოგვთავაზა ამერიკელმა გამომგონებელმა ალბერტ შორმა. მას ასევე ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც "დაბრუნების მეთოდს". Shore სიხისტის გაზომვისას, სტანდარტული ზომის და მასის დამრტყმელი ჩამოდის გარკვეული სიმაღლიდან შესამოწმებელი მასალის ზედაპირზე. ამ ექსპერიმენტის მთავარი მნიშვნელობა არის თავდამსხმელის მოხსნის სიმაღლე, რომელიც იზომება ჩვეულებრივ ერთეულებში.
ნაპირის სიმტკიცე იზომება 20-დან 140 ერთეულამდე დიაპაზონში. ასი ერთეული შეესაბამება მობრუნების სიმაღლეს 13,6 მმ (± 0,5 მმ). სტანდარტის მიხედვით, ეს მნიშვნელობა არის გამაგრებული ნახშირბადოვანი ფოლადის სიმტკიცე. მასალების სიხისტის გაზომვის თანამედროვე მოწყობილობას Shore-ის მიხედვით ჰქვია სკლეროსკოპი ან დურომეტრი (ეს ჩანს ქვემოთ მოცემულ ფოტოზე).
Mohs-ის მასშტაბი
მოჰსის სიხისტის სკალა შედარებითია და ვრცელდება ექსკლუზიურად მინერალებზე. საცნობარო მინერალად შეირჩა ათი მინერალი, რომლებიც დალაგდა სიხისტის გაზრდის მიხედვით (ქვემოთ მოცემულ ფოტო დიაგრამაზე). შესაბამისად, შკალას აქვს 10 ქულა (1-დან 10-მდე).
სიხისტის მინერალოგიური მასშტაბი შემოგვთავაზა გერმანელმა მეცნიერმა ფრიდრიხ მოოსმა ჯერ კიდევ 1811 წელს. მიუხედავად ამისა, იგი კვლავ გამოიყენება გეოლოგიაში.
როგორ განვსაზღვროთ კონკრეტული მინერალის სიმტკიცე მოჰსის შკალაზე? ეს შეიძლება გაკეთდეს ნიმუშის მიერ დატოვებული ნაკაწრის გულდასმით შესწავლით. მოსახერხებელია ფრჩხილის, სპილენძის მონეტის, შუშის ან ფოლადის დანის გამოყენება.
ასე რომ, თუშემოწმებული მინერალი იწერება ქაღალდზე გახეხვის გარეშე, შემდეგ მისი სიმტკიცე უდრის ერთს. თუ ქვა ადვილად იჭრება ფრჩხილით, მისი სიმტკიცე არის 2. სამ წერტილს აქვს მინერალები, რომლებიც ადვილად იჭრება დანით. თუ საჭიროა გარკვეული ძალისხმევა ქვაზე კვალი დატოვოთ, მაშინ მისი სიმტკიცე არის 4 ან 5. მინერალები, რომელთა სიმტკიცე 6 ან მეტია, თავად ტოვებენ ნაკაწრებს დანის პირზე.
დასკვნის სახით…
მაშ რა არის სიხისტე? ეს არის ფიზიკური სხეულის უნარი, წინააღმდეგობა გაუწიოს განადგურებას და დეფორმაციას ადგილობრივი საკონტაქტო ძალების გავლენის ქვეშ. დედამიწაზე ყველაზე მძიმე მინერალად ითვლება ბრილიანტი, ხოლო ყველაზე გამძლე ლითონი ირიდიუმია. თანამედროვე მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში გამოიყენება სიხისტის გაზომვის რამდენიმე მეთოდი (ბრინელის, როკველის, ვიკერსის, შორისა და მოჰსის მიხედვით).
