Mohsova stupnica tvrdosti: Testovanie odolnosti voči poškriabaniu

Obsah

• Čo je Mohsova stupnica tvrdosti?
• Porovnanie tvrdosti
• Postup skúšky tvrdosti Mohs
• Tipy na testovanie tvrdosti Mohs
• Tvrdosť spoločných objektov
• Výber tvrdosti
• Tvrdšie ako diamant, mäkšie ako mastenec?
• Mohsova stupnica tvrdosti v porovnaní s ostatnými
• Zmeny tvrdosti v jednej minerále
• O testoch tvrdosti
• Tvrdosť, tvrdosť a sila
• Používa sa na testy tvrdosti
• Niektoré poznámky o pravopisu

Mohsova tvrdosť Kit: Laboratórna súprava stupnice Mohs Hardness Scale obsahujúca: (1) mastenec; (2) sadra; (3) kalcit; (4) fluorit; (5) apatit; (6) ortoklasa; (7) kremeň; (8) topaz; a (9) korund. Diamant nie je súčasťou väčšiny súprav na udržanie nízkych nákladov. Tiež diamantový exemplár by bol taký malý, že by bolo potrebné namontovať ho do rukoväte, aby bolo užitočné. Kúpte si súpravu tvrdosti minerálov.

Čo je Mohsova stupnica tvrdosti?

Jedným z najdôležitejších testov na identifikáciu minerálnych vzoriek je Mohsov test tvrdosti. Tento test porovnáva odolnosť minerálu voči poškriabaniu desiatimi referenčnými minerálmi známymi ako Mohsova stupnica tvrdosti (pozri tabuľku vľavo). Test je užitočný, pretože väčšina vzoriek daného minerálu je veľmi blízko rovnakej tvrdosti. Vďaka tomu je tvrdosť spoľahlivou diagnostickou vlastnosťou väčšiny minerálov.

Nemecký mineralog Friedrich Mohs vyvinul mierku v roku 1812. Vybral desať minerálov zreteľne odlišnej tvrdosti, ktoré siahali od veľmi mäkkého minerálu (mastenec) po veľmi tvrdý minerál (diamant). S výnimkou diamantu sú všetky minerály relatívne bežné a dajú sa ľahko alebo lacno získať.

Porovnanie tvrdosti

„Tvrdosť“ je odolnosť materiálu proti poškriabaniu. Test sa vykonáva umiestnením ostrého bodu jednej vzorky na neoznačený povrch inej vzorky a pokusom o vytvorenie škrabanca. Tu sú štyri situácie, ktoré môžete pozorovať pri porovnaní tvrdosti dvoch vzoriek:

1. Ak vzorka A môže poškriabať vzorku B, potom je vzorka A tvrdšia ako vzorka B.


2. Ak vzorka A nepoškrabá vzorku B, potom je vzorka B tvrdšia ako vzorka A.


3. Ak sú obidve vzorky v tvrdosti rovnaké, potom budú relatívne neefektívne pri vzájomnom poškriabaní. Mohli by sa vyrobiť malé škrabance alebo by bolo ťažké určiť, či sa škrabance vyrobili.


4. Ak vzorka A môže byť poškriabaná vzorkou B, ale nedá sa poškriabať vzorkou C, potom je tvrdosť vzorky A medzi tvrdosťou vzorky B a vzorky C.

Mohsov test tvrdosti: Pri vykonávaní testu položte neznámy preparát na stôl a pevne ho držte jednou rukou na mieste. Potom položte bod referenčnej vzorky na rovný neoznačený povrch neznámej vzorky. Pevne pritlačte referenčnú vzorku na neznámu a úmyselne ju potiahnite po plochom povrchu za súčasného silného zatlačenia. Aby ste predišli zraneniu, potiahnite známy preparát z vášho tela a rovnobežne s prstami, ktoré držia neznámy preparát.

Postup skúšky tvrdosti Mohs

• Začnite testovaním na hladkom a nepoškrabanom povrchu.


• Jednou rukou držte vzorku neznámej tvrdosti pevne na doske stola, aby bol testovaný povrch odkrytý a prístupný. Stolová doska podporuje vzorku a pomáha ju držať pri skúške v nehybnosti.


• Druhou rukou uchopte jednu zo štandardných vzoriek tvrdosti a umiestnite bod tejto vzorky proti vybranému plochému povrchu neznámej vzorky.


• Pevne pritlačte bod štandardnej vzorky k neznámym vzorkám a pevne potiahnite bod štandardnej vzorky cez povrch neznámej vzorky.


• Skontrolujte povrch neznámeho vzorky. Prstom odstráňte všetky vzniknuté minerálne fragmenty alebo prášok. Priniesol test škrabanec? Dávajte pozor, aby ste nezamieňali minerálny prášok alebo zvyšky s poškriabaním. Škrabanec bude zreteľný ryhovaný rez v minerálnom povrchu, nie značka na povrchu, ktorý utiera.


• Vykonajte test druhýkrát, aby ste potvrdili svoje výsledky.

Tipy na testovanie tvrdosti Mohs

• Užitočný odkaz môže byť zoznam minerálov v poradí tvrdosti. Ak zistíte, že vzorka má tvrdosť Mohs 4, môžete rýchlo získať zoznam potenciálnych minerálov.


• Cvičenie a skúsenosti zlepší vaše schopnosti pri vykonávaní tohto testu. Budete rýchlejší a sebavedomejší.


• Ak je tvrdosť neznámej vzorky asi 5 alebo menej, mali by ste byť schopní vytvoriť škrabanec bez väčšieho námahy. Ak však má neznámy vzorka tvrdosť asi 6 alebo vyššiu, potom si škrabanec vyžiada určitú silu. Pri týchto vzorkách pevne držte neznámu pevne pri stole, umiestnite štandardnú vzorku na ňu, pevne stlačte s odhodlaním a potom držte tlak a pomaly ťahajte štandardnú vzorku cez povrch neznámej vzorky.


• Nenechajte sa oklamať mäkkou štandardnou vzorkou, ktorá vytvára značku na tvrdom neznáme. Táto známka je ako to, čo vytvára kúsok kriedy na tabuli. Zotrie sa bez toho, aby došlo k poškriabaniu. Utrite prst po testovanom povrchu. Ak by sa vytvoril škrabanec, bude viditeľná drážka. Ak značky zmiznú, škrabanec nebol vytvorený.


• Niektoré tvrdé materiály sú tiež veľmi krehké. Ak niektorá z vašich vzoriek skôr praskne alebo drví sa, než poškriabate, pri vykonávaní testu musíte byť veľmi opatrní. Testovanie malých alebo zrnitých vzoriek môže byť náročné.


• Niektoré vzorky obsahujú nečistoty. Ak výsledky vášho testu nie sú viditeľne presvedčivé alebo ak informácie z vášho testu nezodpovedajú iným vlastnostiam, neváhajte a skúste to znova. Je možné, že do jedného z vašich exemplárov bol vložený malý kúsok kremeňa (alebo iná nečistota).


• Nebuďte špinavý! Toto je veľmi častý problém. Niektorí ľudia náhodne tria jeden exemplár dozadu a dopredu proti druhému a potom hľadajú značku. Takto sa test nevykonáva.Robí sa to jednoduchým a rozhodným pohybom s cieľom odrezať škrabance.


• Buď opatrný. Keď držíte neznámu vzorku oproti stolu, umiestnite ju tak, aby sa známa vzorka nepretiahla cez jeden z vašich prstov.


• Tento test by sa mal vykonať na laboratórnom stole alebo na pracovnom stole s trvanlivým povrchom alebo ochranným poťahom. Nepoužívajte tento typ testovania na kvalitnom nábytku.


• Testujte malé častice alebo zrná tak, že ich umiestnite medzi dva kusy indexového minerálu a zoškrabujete ich. Ak sú zrná tvrdšie ako indexový minerál, vytvoria sa škrabance. Ak sú zrná mäkšie, budú sa rozmazávať.

Tvrdosť spoločných objektov

Niektorí ľudia používajú niekoľko rýchlych objektov na rýchle testy tvrdosti. Napríklad geológ v teréne môže mať vždy vreckový nôž. Nôž sa môže použiť na rýchlu skúšku tvrdosti na určenie, či je vzorka tvrdšia alebo mäkšia ako Mohs 5 až 6,5.

Pred použitím týchto objektov ako nástrojov rýchleho testovania je vhodné potvrdiť ich tvrdosť. Niektoré nože majú tvrdšiu oceľ ako iné. Vyskúšajte svoje a potom poznáte jeho tvrdosť.

Tieto bežné objekty môžu byť užitočné aj vtedy, ak nemáte sadu referenčných minerálov. Do tohto zoznamu sme zaradili kremeň, pretože ide o všadeprítomný minerál. V teréne ste často vzdialení len pár krokov od kremeňa.

Mohsova tvrdosť vyberá: Tvrdosť výbery sú ľahko použiteľné. Majú mosadzný hrot a zliatinový „pick“, ktorý sa používa na testovanie tvrdosti. Položte ostrý hrot vzorky na neznámy exemplár a pretiahnite ho cez povrch. Buď vytvorí škrabanec, skĺzne po povrchu alebo zanechá stopu kovu. Dodávajú sa s tvrdosťou 2 (plastový hrot), 3 (medený hrot) a 4 až 9 (starostlivo vybrané zliatiny). Sú vynikajúce na testovanie malých vzoriek alebo na testovanie malých zŕn uložených v skale. Tieto tvrdoty sú dostupné v obchode.

Výber tvrdosti

Alternatívou k použitiu referenčných minerálov na testovanie je sada „výberov tvrdosti“. Tieto tipy majú ostré kovové body, ktoré môžete použiť na veľmi presné testovanie. Špičky umožňujú oveľa väčšiu kontrolu a ich ostré body sa môžu použiť na testovanie malých minerálnych zŕn v skale.

Ostré hroty sa dajú ľahko použiť a môžu spôsobiť poškriabanie, ak sú tvrdšie ako testovaná vzorka, alebo ak sú mäkšie, zanechajú malé kovové pruhy. Preskúmajte miesto testu ručnou šošovkou, aby ste videli výsledky svojho testu.

Použili sme tvrdosti a mysleli sme si, že odvádzajú skvelú prácu. Sú ľahšie použiteľné a presnejšie ako testovanie so vzorkami. Keď sú nudné, môžu byť znovu nabrúsené. Jedinou nevýhodou je ich cena (asi 80 dolárov za sadu).

Tvrdšie ako diamant, mäkšie ako mastenec?

Diamant nie je najťažšia známa látka, ale tvrdšie materiály sú oveľa zriedkavejšie. Vedci uviedli, že wurtzit nitrid bóru a lonsdaleit môžu byť tvrdšie ako diamant.

Je nepravdepodobné, že by ste našli minerál, ktorý je mäkší ako mastenec. Niektoré kovy sú však mäkšie. Patria sem: cézium, rubídium, lítium, sodík a draslík. Pravdepodobne nikdy nebudete musieť testovať ich tvrdosť.

Mohs - porovnanie tvrdosti podľa Vickersa: Tento graf porovnáva tvrdosť indexových minerálov Mohsovej stupnice tvrdosti (celé číslo) s ich tvrdosťou podľa Vickersa (súvislá stupnica). Mohsova tvrdosť je odolnosť proti poškriabaniu, zatiaľ čo tvrdosť podľa Vickersa je odolnosť proti vtlačeniu pod tlakom. Graf ukazuje veľký rozdiel medzi Vickersovou tvrdosťou korunda a diamantu - ktoré sú od seba iba mierkou tvrdosti Mohsovej.

Mohsova stupnica tvrdosti v porovnaní s ostatnými

Keď Friedrich Mohs vyvinul svoju stupnicu tvrdosti v roku 1812, bolo k dispozícii iba veľmi málo informácií o minerálnej tvrdosti. Jednoducho vybral desať minerálov, ktoré sa líšili v tvrdosti, a svojvoľne ich umiestnil na celé číslo od 1 do 10. Bolo to relatívne meradlo, v ktorom sa minerál neznámej tvrdosti mohol testovať proti skupine desiatich minerálov s indexom, aby zistil, kde sa nachádza. stupnica.

Mohsova stupnica obstála v skúške času a na celom svete sa už viac ako 200 rokov používa - hlavne preto, že je ľahko vykonateľná, lacná a ľudia ju rýchlo pochopia. Boli vyvinuté ďalšie testy tvrdosti, ale žiadny z nich nie je tak rozšírený.

„Mohsova tvrdosť“ je relatívnym celočíselným porovnaním „odolnosti voči poškriabaniu“. Väčšina iných stupníc tvrdosti používa „odolnosť proti vtlačeniu perom, na ktoré sa počas určitej doby aplikuje určité množstvo tlaku“. tieto testy sa líšia od Mohsovej tvrdosti v ich postupe, sú to všetky testy odolnosti voči atómom, ktoré sa uvoľňujú z ich polôh tlakom na povrch minerálnej vzorky.

Jedným z týchto stupníc je stupnica tvrdosti podľa Vickersa. Pri Vickersovom teste sa veľkosť vtlačenia odhadne pod mikroskopom a použije sa na výpočet hodnoty tvrdosti. Hodnoty tvrdosti podľa Vickersa tvoria súvislú stupnicu, ktorá poskytuje viac informácií o tvrdosti minerálov v porovnaní s celočíselnými hodnotami Mohsovej stupnice. Tu je uvedená tabuľka porovnávajúca minerály Mohsovej s ich tvrdosťou podľa Vickersa spolu s grafom údajov. Graf ukazuje, že z hľadiska Vickersovej tvrdosti nie sú medzery medzi celočíselnými hodnotami Mohsovej stupnice nerovnomerné. Okrem toho medzery medzi minerálmi s vyššou tvrdosťou podľa Mohsa sú omnoho širšie ako medzery medzi mäkšími minerálmi. Pokiaľ ide o tvrdosť podľa Vickersa, diamant je nesmierne tvrdší ako korund.

Najlepší spôsob, ako sa dozvedieť o mineráloch, je študovať so zbierkou malých vzoriek, s ktorými môžete zaobchádzať, skúmať ich a pozorovať ich vlastnosti. V obchode je k dispozícii lacná kolekcia minerálov.

Zmeny tvrdosti v jednej minerále

Aj keď referenčné knihy a webové stránky často uvádzajú pre každý minerál jednu tvrdosť, veľa minerálov má rôznu tvrdosť. Majú väčšiu alebo menšiu tvrdosť v závislosti od smeru, v ktorom sú poškriabané.

Známym príkladom minerálu s premenlivou tvrdosťou je kyanit. Kyanit sa často vyskytuje v kryštáloch v tvare čepele. Tieto kryštály majú tvrdosť asi 5, ak sa testujú rovnobežne s dlhou osou kryštálu, a tvrdosť asi 7, ak sa testujú rovnobežne s krátkou osou kryštálu. Prečo? Tieto rôzne smery sa stretávajú s rôznymi väzobnými prostrediami v kyanitovom kryštáli. Väzby, ktoré odolávajú poškriabaniu rovnobežne s dlhou osou kryštálu s lopatkami, sú slabšie ako väzby, s ktorými sa stretávame pri škrabaní po šírke kryštálu. Mierne tvrdosti sa vyskytujú v iných smeroch.

Ďalším príkladom je diamant. Ľudia, ktorí rezajú diamanty, poznajú svoju variabilnú tvrdosť stovky rokov. Vedia, že súbežne s osmistennými krištáľovými tvárami je diamantový krištáľ takmer neviditeľný a veľmi ťažko sa leští. Diamant sa môže štiepiť v tomto smere štiepením a najlepšou metódou na jeho rezanie je laser. Najjemnejší a najlepší smer na rezanie alebo leštenie diamantového kryštálu je rovnobežný s jeho kubickými plochami. Táto informácia je kritickou znalosťou remeselníkov, ktorí plánujú navrhovanie fazetovaného diamantu. Pochopenie a práca s ním šetria čas, šetria peniaze a vytvárajú lepší produkt s menším odpadom.

Počasie môže ovplyvniť aj tvrdosť vzorky minerálov. Zvetrávanie mení zloženie minerálov, pričom poveternostný produkt je zvyčajne mäkší ako pôvodný materiál. Pri testovaní tvrdosti alebo pruhov alebo iných vlastností nerastov je najlepším spôsobom testovanie na čerstvo zlomenom povrchu s očakávaným leskom, ktorý nebol vystavený poveternostným vplyvom.

O testoch tvrdosti

Test tvrdosti vyvinutý Friedrichom Mohsom bol prvým známym testom na posúdenie odolnosti materiálu proti poškriabaniu. Je to veľmi jednoduchý, ale nepresný porovnávací test. Možno jej jednoduchosť umožnila stať sa najčastejšie používaným testom tvrdosti.

Od doby, kedy bola Mohsova stupnica vyvinutá v roku 1812, bolo vynájdených veľa rôznych testov tvrdosti. Patria sem testy Brinella, Knoopa, Rockwella, Shora a Vickersa. Každý z týchto testov používa malé „vnútorné“, ktoré sa aplikuje na testovaný materiál opatrne zmeraným množstvom sily. Potom sa na výpočet hodnoty tvrdosti použije veľkosť alebo hĺbka zahĺbenia a veľkosť sily.

Pretože každá z týchto skúšok používa iný prístroj a rôzne výpočty, nemožno ich navzájom priamo porovnávať. Takže ak bol vykonaný test tvrdosti podľa Knoopa, číslo sa zvyčajne uvádza ako „tvrdosť podľa Knoopa“. Z tohto dôvodu by sa výsledky Mohsovej tvrdosti mali uviesť aj ako „Mohsova tvrdosť“.

Prečo existuje toľko rôznych testov tvrdosti? Typ použitej skúšky je určený veľkosťou, tvarom a ďalšími charakteristikami testovaných vzoriek. Aj keď sú tieto testy celkom odlišné od Mohsovho testu, medzi nimi existuje určitá korelácia.

Tvrdosť, tvrdosť a sila

Pri testovaní tvrdosti nezabudnite, že testujete „odolnosť proti poškriabaniu“. Počas testu môžu niektoré materiály zlyhať iným spôsobom. Namiesto poškriabania by sa mohli zlomiť, zdeformovať alebo sa rozpadnúť. Tvrdé materiály sa pri namáhaní často zlomia. To je nedostatok tvrdosti. Iné materiály sa môžu pri namáhaní zdeformovať alebo rozpadnúť. Tieto materiály nemajú pevnosť. Vždy majte na pamäti, že testujete odolnosť proti poškriabaniu. Nenechajte sa zmiasť inými typmi porúch v testovanej vzorke.

Používa sa na testy tvrdosti

Mohsov test tvrdosti sa takmer výlučne používa na stanovenie relatívnej tvrdosti minerálnych vzoriek. Toto sa vykonáva ako súčasť postupu identifikácie nerastných surovín v teréne, v triede alebo v laboratóriu, keď sa kontrolujú ľahko identifikovateľné vzorky alebo ak nie sú k dispozícii dômyselnejšie testy.

V priemysle sa vykonávajú ďalšie skúšky tvrdosti, aby sa stanovila vhodnosť materiálu pre konkrétny priemyselný proces alebo pre konkrétne konečné použitie. Testovanie tvrdosti sa vykonáva aj vo výrobných procesoch, aby sa potvrdilo, že vytvrdzovacie úpravy, ako je žíhanie, popúšťanie, kalenie na pracovisku alebo kalenie na obaly, sa vykonali podľa špecifikácie.

Niektoré poznámky o pravopisu

Stupnica tvrdosti Mohsa je pomenovaná po svojom vynálezcovi Friedrichovi Mohsovi. To znamená, že pri písaní názvu testu nie je potrebná apostrof. „Mohs“ a „Mohs“ sú nesprávne.

Spoločnosť Google je v súvislosti s týmito menami skutočne inteligentná. Môžete dokonca zadať „Moesova stupnica tvrdosti“ ako dopyt a spoločnosť Google vie, že vráti výsledky pre „Mohsovu stupnicu tvrdosti“. :-)