Mohsova ljestvica tvrdoće: Ispitivanje otpornosti na ogrebotine

Sadržaj

• Što je Mohsova ljestvica tvrdoće?
• Usporedba tvrdoće
• Postupak Mohsovog ispitivanja tvrdoće
• Mohsovi savjeti za ispitivanje tvrdoće
• Tvrdoća uobičajenih predmeta
• Podiže tvrdoća
• Tvrđi od Diamond-a, mekši od Talca?
• Mohsova ljestvica tvrdoće u usporedbi s drugima
• Varijacije tvrdoće u jednom mineralu
• O testovima tvrdoće
• Tvrdoća, žilavost i čvrstoća
• Upotrebe za ispitivanja tvrdoće
• Neke napomene o pravopisu

Mohsova tvrdoća kit: Laboratorijski komplet za Mohsovu ljestvicu tvrdoće koji sadrži: (1) talk; (2) gips; (3) kalcit; (4) fluorit; (5) apatit; (6) ortoklaza; (7) kvarc; (8) topaz; i (9) korund. Dijamant nije uključen u većinu kompleta za smanjenje troškova. Također bi dijamantski uzorak bio toliko mali da bi ga trebalo koristiti u ručku da bi bio koristan. Kupite komplet mineralne tvrdoće.

Što je Mohsova ljestvica tvrdoće?

Jedan od najvažnijih testova za identifikaciju mineralnih uzoraka je Mohsov test tvrdoće. Ovaj test uspoređuje otpornost minerala na ogrebotine s deset referentnih minerala poznatih kao Mohsova ljestvica tvrdoće (vidi tablicu slijeva). Test je koristan jer je većina uzoraka određenog minerala vrlo blizu iste tvrdoće. Zbog toga je tvrdoća pouzdano dijagnostičko svojstvo za većinu minerala.

Friedrich Mohs, njemački mineralog, razvio je ljestvicu 1812. Odabrao je deset minerala izrazito različite tvrdoće u rasponu od vrlo mekog minerala (talka) do vrlo tvrdog minerala (dijamanta). S izuzetkom dijamanta, svi su minerali relativno uobičajeni i lako ili jeftini za dobivanje.

Usporedba tvrdoće

"Tvrdoća" je otpornost materijala na ogrebotine. Ispitivanje se provodi postavljanjem oštre točke jednog uzorka na neobilježenu površinu drugog uzorka i pokušajem stvaranja ogrebotine. Evo četiri situacije koje biste mogli primijetiti uspoređujući tvrdoću dva uzorka:

1. Ako uzorak A može ogrebati uzorak B, tada je uzorak A tvrđi od uzorka B.


2. Ako uzorak A ne ogrebe uzorak B, tada je uzorak B tvrđi od uzorka A.


3. Ako su dva uzorka jednaka po tvrdoći, oni će biti relativno neučinkoviti u grebanju jedan drugoga. Mogu se stvoriti male ogrebotine ili je teško utvrditi je li nastala ogrebotina.


4. Ako se uzorak A može ogrebati po uzorku B, ali ga ne može ogrebati uzorak C, tada je tvrdoća uzorka A između tvrdoće uzorka B i uzorka C.

Mohsov test tvrdoće: Prilikom ispitivanja postavite nepoznati uzorak na vrh stola i čvrsto ga držite na mjestu jednom rukom. Zatim postavite točku referentnog uzorka na ravnu neobilježenu površinu nepoznatog uzorka. Pritisnite referentni uzorak čvrsto uz nepoznato te ga namjerno povucite po ravnoj površini i pritom čvrsto pritiskajte. Da biste izbjegli ozljede, povucite poznati uzorak dalje od tijela i paralelno s prstima koji drže nepoznati uzorak.

Postupak Mohsovog ispitivanja tvrdoće

• Započnite pronalaženjem glatke, neškodovane površine za testiranje.


• Jednom rukom čvrsto uhvatite uzorak nepoznate tvrdoće uz vrh stola tako da je površina koja se ispituje izložena i dostupna. Vrh tablice podržava uzorak i pomaže vam da ga nepomično držite za test.


• Držite jedan od standardnih uzoraka tvrdoće u drugoj ruci i stavite točku tog uzorka na odabranu ravnu površinu nepoznatog uzorka.


• Čvrsto pritisnite točku standardnog uzorka prema nepoznatom uzorku i čvrsto povucite točku standardnog uzorka po površini nepoznatog uzorka.


• Ispitajte površinu nepoznatog uzorka. Prstom odmašite sve nastale fragmente minerala ili prašak. Je li test stvorio ogrebotinu? Pazite da mineralni prah ili ostatke ne zbunite sa ogrebotinom. Ogrebotina će biti izrazit urez na površini minerala, a ne trag na površini koji se briše.


• Provjerite drugi put kako biste potvrdili svoje rezultate.

Mohsovi savjeti za ispitivanje tvrdoće

• Popis minerala redoslijedom tvrdoće može biti korisna referenca. Ako utvrdite da uzorak ima tvrdoću Mohs 4, brzo možete dobiti popis potencijalnih minerala.


• Praksa i iskustvo poboljšati će vaše sposobnosti tijekom obavljanja ovog testa. Postat ćete brži i samouvjereniji.


• Ako je tvrdoća nepoznatog uzorka oko 5 ili manje, trebali biste moći proizvesti ogrebotinu bez većeg napora. Međutim, ako je nepoznati uzorak tvrdoće oko 6 ili veće, tada će se za stvaranje ogrebotine trebati neke sile. Za te primjerke, čvrsto držite nepoznato uz stol, stavite standardni uzorak na njega, čvrsto pritisnite s odlučnošću, a zatim držeći pritisak polako povlačite standardni uzorak preko površine nepoznatog.


• Nemojte se zavaravati mekim standardnim uzorkom koji ostavlja tragove na tvrdoj nepoznanici. Ta oznaka je poput onoga što komad krede proizvodi na ploči. Obrisat će se bez ostavljanja ogrebotine. Obrišite prst preko testirane površine. Ako je nastala ogrebotina, vidjet će se utor. Ako se tragovi obrišu, tada nije nastala ogrebotina.


• Neki tvrdi materijali također su vrlo krhki. Ako se jedan od vaših uzoraka lomi ili drobi, a ne grebe, morat ćete biti vrlo oprezni tijekom provođenja testa. Ispitivanje sitnih ili zrnatih uzoraka može biti teško.


• Neki primjerci sadrže nečistoće. Ako rezultati vašeg testa nisu vidljivo uvjerljivi ili ako podaci iz testa nisu u skladu s drugim svojstvima, nemojte se ustručavati ponoviti test. Moguće je da je mali komad kremena (ili neke druge nečistoće) bio ugrađen u jedan od vaših primjeraka.


• Ne budi duhovit! To je vrlo čest problem. Neki ljudi usput trljaju jedan primjerak naprijed i natrag, a zatim traže trag. Ne radi se tako na testu.Izvodi se jednim, odlučnim pokretom s ciljem da se isječe ogrebotina.


• Budi oprezan. Kad nepoznati uzorak držite za stol, postavite ga tako da se poznati uzorak neće povući preko vašeg prsta.


• Ovo ispitivanje treba obaviti na laboratorijskom stolu ili radnoj stolici s trajnom površinom ili zaštitnom oblogom. Ne radite ovu vrstu ispitivanja finog namještaja.


• Ispitajte sitne čestice ili zrno tako što ćete ih staviti između dva komada indeksnog minerala i međusobno ih strugati. Ako su zrna tvrđa od indeksa, stvorit će se ogrebotine. Ako su zrna mekša, razmazat će se.

Tvrdoća uobičajenih predmeta

Neki koriste nekoliko uobičajenih predmeta za brze testove tvrdoće. Na primjer, geolog na terenu uvijek može nositi džepni nož. Nož se može koristiti za brzi test tvrdoće kako bi se utvrdilo je li uzorak tvrđi ili mekši od Mohsovih 5 do 6,5.

Prije upotrebe ovih predmeta kao alata za brzo testiranje, dobra je ideja potvrditi njihovu tvrdoću. Neki noževi imaju tvrđi čelik od drugih. Ispitajte svoju i tada znate njezinu tvrdoću.

Ovi uobičajeni objekti mogu biti korisni i ako nemate skup referentnih minerala. Na ovaj smo popis uvrstili kvarc jer je sveprisutni mineral. Na terenu ste često udaljeni samo nekoliko koraka od komada kvarca.

Mohsova tvrdoća: Korištenje tvrdoće je jednostavno za korištenje. Imaju mesingani olovku i leguri "pick" koji se koriste za ispitivanje tvrdoće. Postavite oštro mjesto uboda na vaš nepoznati uzorak i povucite ga po površini. Ili će proizvesti ogrebotinu, kliziti po površini ili ostaviti trag metala. Opskrbljuju se tvrdoćom od 2 (plastična točka), 3 (bakrena točka) i 4 do 9 (pažljivo odabrane legure). Izvrsni su za testiranje malih uzoraka ili za ispitivanje sitnih zrnaca ugrađenih u stijenu. Ovi tipovi tvrdoće dostupni su u trgovini.

Podiže tvrdoća

Alternativa korištenju referentnih minerala za testiranje je skup „tipova tvrdoće“. Ovi tipovi imaju oštre metalne točke koje možete koristiti za vrlo precizno testiranje. Motnje omogućuju mnogo veću kontrolu, a njihove oštre točke mogu se koristiti za ispitivanje malih mineralnih zrnaca u stijeni.

Oštri kitovi se mogu lako koristiti ili proizvesti ogrebotinu ako su tvrđi od uzorka koji se ispituje ili ostavljaju metalni trak ako su mekši. Ispitajte mjesto ispitivanja ručnim sočivom da biste vidjeli rezultate vašeg testa.

Koristili smo odabire tvrdoće i smatramo da oni odlično rade. Jednostavniji su za upotrebu i precizniji su od ispitivanja s uzorcima. Mogu se ponovno ojačati kad se potamne. Jedina mana im je cijena (oko 80 dolara po setu).

Tvrđi od Diamond-a, mekši od Talca?

Dijamant nije najteža poznata tvar, ali materijali koji su tvrđi su mnogo rjeđi. Istraživači su izvijestili da nitrit i bornsit borni nitri mogu biti tvrđi od dijamanta.

Malo je vjerojatno da ćete naći mineral koji je mekši od talka. Međutim, nekoliko metala je mekše. Oni uključuju: cezij, rubidij, litij, natrij i kalij. Vjerojatno nikad nećete morati testirati njihovu tvrdoću.

Mohs - Vickersova usporedba tvrdoće: Ovaj grafikon uspoređuje tvrdoću indeksnih minerala po Mohsovoj skali tvrdoće (cjelobrojna ljestvica) i njihovu Vickersovu tvrdoću (kontinuirana skala). Mohsova tvrdoća otpornost je na grebanje, dok je po Vickersovoj tvrdoći otpornost na uvlačenje pod pritiskom. Grafikon prikazuje veliku razliku između Vickersove tvrdoće korunda i dijamanta - koji su na Mohsovoj skali tvrdoće samo jedna jedinica.

Mohsova ljestvica tvrdoće u usporedbi s drugima

Kada je Friedrich Mohs 1812. godine razvio ljestvicu tvrdoće, bilo je dostupno vrlo malo podataka o mineralnoj tvrdoći. Jednostavno je odabrao deset minerala koji variraju u tvrdoći i proizvoljno ih je smjestio na cjelobrojnu ljestvicu od 1 do 10. To je bila relativna ljestvica na kojoj se mineral nepoznate tvrdoće mogao testirati na skupini od deset indeksnih minerala da bi se vidjelo gdje se nalazi ljestvica.

Mohsova ljestvica izdržala je test vremena i već se 200 godina široko koristi u cijelom svijetu - uglavnom zbog toga što je jednostavno napraviti, jeftino je i ljudi to brzo razumiju. Izrađeni su i drugi testovi tvrdoće, ali nijedan se ne koristi u tako širokoj uporabi.

"Mohsova tvrdoća" relativna je cjelobrojna usporedba "otpornosti na ogrebotine". Većina ostalih ljestvica tvrdoće koristi "otpornost na uvlačenje u olovci na koju se vrši određena količina tlaka tijekom određenog vremenskog razdoblja." ovi testovi se razlikuju od Mohsove tvrdoće u svom postupku, sve su to ispitivanja otpornosti atoma koji se istiskuju iz njihovih položaja pritiskom na površinu mineralnog uzorka.

Jedna od tih ljestvica je i Vickersova ljestvica tvrdoće. U Vickersovom testu, veličina uvlačenja mikroskopski je procijenjena i koristi se za izračunavanje vrijednosti tvrdoće. Vickersove vrijednosti tvrdoće tvore kontinuiranu ljestvicu koja pruža više informacija o tvrdoći minerala u usporedbi s cijelim vrijednostima Mohsove skale. Tablica koja uspoređuje Mohosove minerale sa njihovom Vickersovom tvrdoćom prikazana je ovdje, zajedno s grafikonom podataka. Grafikon pokazuje da u smislu Vickersove tvrdoće, razlike između cjelobrojnih vrijednosti Mohsove ljestvice nisu jednolike u širini. Pored toga, praznine između minerala veće Mohsove tvrdoće mnogo su veće od onih između mekših minerala. U smislu Vickersove tvrdoće, dijamant je enormno tvrđi od korunda.

Najbolji način za učenje minerala je proučavanje sa zbirkom malih uzoraka s kojima možete rukovati, ispitivati ​​i promatrati njihova svojstva. U trgovini su dostupne jeftine kolekcije minerala.

Varijacije tvrdoće u jednom mineralu

Iako su u referentnim knjigama i web stranicama često navedene po jednu tvrdoću za svaki mineral, mnogi minerali imaju promjenjivu tvrdoću. Imaju veću ili manju tvrdoću, ovisno o smjeru u kojem se ogrebe.

Poznati primjer minerala promjenjive tvrdoće je kyanit. Kijanit se često pojavljuje u kristalima u obliku noža. Ti kristali imaju tvrdoću oko 5 ako se ispituju paralelno s dugom osi kristala i tvrdoćom od oko 7 ako se ispituju paralelno s kratkom osi kristala. Zašto? Ovi različiti smjerovi nailaze na različita okruženja vezivanja u kianitnom kristalu. Veze koje se opiru grebanju paralelno s dugom osi kristala s lopaticama slabije su od onih koje se javljaju pri grebanju po širini kristala. Međusobna tvrdoća se susreće u drugim smjerovima.

Drugi primjer je dijamant. Ljudi koji režu dijamante stotinama godina znaju za njegovu promjenjivu tvrdoću. Oni znaju da je paralelno s licima oktaedarskog kristala dijamantski kristal gotovo nemoguće vidjeti i vrlo teško polirati. Dijamant se u tom smjeru može razbiti cijepanjem, a najbolja metoda za njegovo rezanje u tom smjeru je laserom. Najmekši i najbolji smjer za piljenje ili poliranje dijamantskog kristala je paralelan s njegovim kubnim kristalima. Ove su informacije presudno znanje za majstore koji planiraju dizajn dijamanta. Razumijevanje i rad s njim štedi vrijeme, štedi novac i stvara bolji proizvod s manje otpada.

Klima može utjecati i na tvrdoću mineralnog uzorka. Vremenom se mijenja sastav minerala, s tim što je vremenski uvjet mekši u odnosu na izvorni materijal. Kad se ispituje tvrdoća ili traka minerala, najbolji način ispitivanja je na svježe razbijenoj površini s očekivanim sjajem koji nije bio izložen vremenskim utjecajima.

O testovima tvrdoće

Ispitivanje tvrdoće koje je razvio Friedrich Mohs bio je prvi poznati test za procjenu otpornosti materijala na grebanje. To je vrlo jednostavan, ali neprecizan komparativni test. Možda mu je jednostavnost omogućila da postane najčešće korišteni test tvrdoće.

Otkad je 1812. razvijena Mohsova ljestvica, izumljeno je mnogo različitih ispitivanja tvrdoće. Uključuju testove Brinell, Knoop, Rockwell, Shore i Vickers. Svako od ovih ispitivanja koristi maleni "umetak" koji se pažljivo odmjerava snagom na materijal koji se ispituje. Zatim se za izračun vrijednosti tvrdoće koriste veličina ili dubina uvlačenja i količina sile.

Budući da se u svakom od ovih ispitivanja koristi drugačiji aparat i različiti proračuni, oni se ne mogu izravno uspoređivati. Dakle, ako je izvršen Knoopov test tvrdoće, broj se obično navodi kao "Knoopova tvrdoća". Iz tog razloga, Mohsovi testovi tvrdoće također se trebaju navesti kao "Mohsova tvrdoća".

Zašto postoji toliko različitih testova tvrdoće? Vrsta korištenog ispitivanja određuje se veličinom, oblikom i drugim osobinama ispitivanih uzoraka. Iako su ovi testovi prilično različiti od Mohsovog testa, postoji neka korelacija između njih.

Tvrdoća, žilavost i čvrstoća

Prilikom ispitivanja tvrdoće, imajte na umu da testirate "otpornost na grebanje". Tijekom testa neki materijali mogu propasti na druge načine. Mogli bi se slomiti, deformirati ili raspasti umjesto ogrebotine. Tvrdi materijali često se razbijaju kada su izloženi stresu. Ovo je nedostatak žilavosti. Ostali materijali mogu se deformirati ili raspasti ako su izloženi stresu. Tim materijalima nedostaje čvrstoće. Uvijek imajte na umu da testirate na otpornost na ogrebotine. Nemojte se zavaravati zbog drugih vrsta neuspjeha u uzorku koji se testira.

Upotrebe za ispitivanja tvrdoće

Mohsov test tvrdoće gotovo se isključivo koristi za utvrđivanje relativne tvrdoće mineralnih uzoraka. To se provodi u sklopu postupka identifikacije minerala na terenu, u učionici ili u laboratoriju kad se lako identificiraju uzorci ili kada se ne nalaze složeniji testovi.

U industriji se obavljaju i drugi testovi tvrdoće kako bi se utvrdilo prikladnost materijala za određeni industrijski postupak ili određenu primjenu za krajnju upotrebu. Ispitivanje tvrdoće također se vrši u proizvodnim postupcima kako bi se potvrdilo da su postupci očvršćivanja poput žarenja, kaljenja, otvrdnjavanja ili očvrsnuća izrađeni prema specifikaciji.

Neke napomene o pravopisu

Mohsova ljestvica tvrdoće nazvana je po svom izumitelju, Friedrichu Mohsu. To znači da apostrof nije potreban prilikom upisivanja imena testa. "Mohs" i "Mohs" su netočni.

Google je jako pametan u vezi s tim imenima. Možete čak i upisati "Moes-ovu ljestvicu tvrdoće" kao upit i Google zna vratiti rezultate za "Mohsova skala tvrdoće". :-)