Метод Виккерса
Твердость определяется по величине отпечатка (рис.7.1 в).
В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136o.
Твердость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:
Нагрузка Р составляет 5…100 кгс. Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе.
Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.
Способ микротвердости– для определения твердости отдельных структурных составляющих и фаз сплава, очень тонких поверхностных слоев (сотые доли миллиметра).
Аналогичен способу Виккерса. Индентор – пирамида меньших размеров, нагрузки при вдавливании Р составляют 5…500 гс
Метод царапания.
Алмазным конусом, пирамидой или шариком наносится царапина, которая является мерой. При нанесении царапин на другие материалы и сравнении их с мерой судят о твердости материала.
Можно нанести царапину шириной 10 мм под действием определенной нагрузки. Наблюдают за величиной нагрузки, которая дает эту ширину.
Шкала́ Мо́оса
(минералогическая шкала твёрдости) — набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости.: алмаз - 10, корунд — 9, топаз - 8, кварц - 7, полевой шпат - 6, апатит - 5, флюорит - 4, кальцит - 3, гипс - 2, тальк - 1.
Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом
Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза. Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.
Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза мягче алмаза (10).
В приведённой ниже таблице приведено соответствие твёрдости по шкале Мооса с абсолютной твёрдостью, измеренной склерометром.
|
Твёрдость |
Минерал |
Абсолютная твёрдость |
Обрабатываемость |
|
1 |
Тальк (Mg3Si4O10(OH)2) |
1 |
царапается ногтем |
|
2 |
Гипс (CaSO4·2H2O) |
3 |
царапается ногтем |
|
3 |
Кальцит (CaCO3) |
9 |
царапается медной монетой |
|
4 |
Флюорит (CaF2) |
21 |
царапается ножом, оконным стеклом |
|
5 |
Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) |
48 |
царапается ножом, оконным стеклом |
|
6 |
Полевой шпат (KAlSi3O8) |
72 |
царапается напильником |
|
7 |
Кварц (SiO2) |
100 |
поддаётся обработке алмазом, царапает стекло |
|
8 |
Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2) |
200 |
поддаётся обработке алмазом, царапает стекло |
|
9 |
Корунд (Al2O3) |
400 |
поддаётся обработке алмазом, царапает стекло |
|
10 |
Алмаз (C) |
1500 |
|
Для определения твёрдости можно использовать:
ногти (твёрдость 2,5);
медную монету (3,5);
лезвие ножа, оконное стекло (5,5);
напильник — 6,5.
Помимо шкалы Мооса есть и другие методы определения твёрдости, но различные шкалы твёрдости нельзя однозначно соотнести друг с другом. Практикой приняты несколько более точных систем измерения твёрдости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.
