Mohsova stupnice tvrdosti: Testování odolnosti vůči poškrábání

Obsah

• Co je Mohsova stupnice tvrdosti?
• Porovnání tvrdosti
• Mohsova zkouška tvrdosti
• Mohsovy testy tvrdosti
• Tvrdost běžných objektů
• Výběr tvrdosti
• Tvrdší než diamant, měkčí než mastek?
• Mohsova stupnice tvrdosti ve srovnání s ostatními
• Variace tvrdosti v jedné minerále
• O testech tvrdosti
• Tvrdost, houževnatost a síla
• Použití pro testy tvrdosti
• Několik poznámek o pravopisu

Mohsova tvrdost Kit: Laboratorní sada Mohs Hardness Scale obsahující: (1) mastek; (2) sádra; (3) kalcit; (4) fluorit; (5) apatit; (6) ortholasáza; (7) křemen; (8) topaz; a (9) korund. Diamant není součástí většiny sad, aby se snížily náklady. Také diamantový vzorek by byl tak malý, že by bylo nutné jej namontovat do kliky, aby bylo užitečné. Kupte si sadu minerální tvrdosti.

Co je Mohsova stupnice tvrdosti?

Jedním z nejdůležitějších testů pro identifikaci minerálních vzorků je Mohsův test tvrdosti. Tento test porovnává odolnost minerálu vůči poškrábání deseti referenčními minerály známými jako Mohsova stupnice tvrdosti (viz tabulka vlevo). Test je užitečný, protože většina vzorků daného minerálu je velmi blízká stejné tvrdosti. Díky tomu je tvrdost spolehlivou diagnostickou vlastností většiny minerálů.

Německý mineralog Friedrich Mohs vyvinul měřítko v roce 1812. Vybral deset minerálů zřetelně odlišné tvrdosti, které sahaly od velmi měkkého minerálu (mastek) po velmi tvrdý minerál (diamant). S výjimkou diamantu jsou všechny minerály relativně běžné a snadno získatelné nebo levné.

Porovnání tvrdosti

„Tvrdost“ je odolnost materiálu vůči poškrábání. Test se provádí umístěním ostrého bodu jednoho vzorku na neoznačený povrch jiného vzorku a pokusem o vytvoření škrábance. Zde jsou čtyři situace, které byste mohli pozorovat při porovnání tvrdosti dvou vzorků:

1. Pokud vzorek A může poškrábat vzorek B, je vzorek A tvrdší než vzorek B.


2. Pokud vzorek A nepoškrábe vzorek B, je vzorek B tvrdší než vzorek A.


3. Pokud jsou tyto dva vzorky v tvrdosti stejné, budou relativně neúčinné při vzájemném poškrábání. Mohly by vzniknout malé škrábance nebo by bylo obtížné určit, zda byl škrábanec vytvořen.


4. Pokud lze vzorek A poškrábat pomocí vzorku B, ale nelze jej poškrábat pomocí vzorku C, pak je tvrdost vzorku A mezi tvrdostí vzorku B a vzorku C.

Mohsův test tvrdosti: Při provádění testu položte neznámý vzorek na desku stolu a jednou rukou jej pevně držte na místě. Poté umístěte bod referenčního vzorku na rovný neoznačený povrch neznámého vzorku. Pevně ​​přitlačte referenční vzorek proti neznámému a úmyslně jej přetáhněte přes plochý povrch a přitom pevně tlačte. Chcete-li zabránit zranění, přetáhněte známý vzorek z těla a rovnoběžně s prsty, které drží neznámý vzorek.

Mohsova zkouška tvrdosti

• Nejprve vyhledejte hladký, nepoškrábaný povrch pro testování.


• Jednou rukou držte vzorek neznámé tvrdosti pevně na desce stolu, aby byl testovaný povrch odkrytý a přístupný. Deska stolu podporuje vzorek a pomáhá jej držet nehybně pro test.


• Druhou rukou držte jeden ze standardních vzorků tvrdosti a umístěte bod tohoto vzorku proti vybranému plochému povrchu neznámého vzorku.


• Pevně ​​přitlačte bod standardního vzorku proti neznámému vzorku a pevně přetáhněte bod standardního vzorku přes povrch neznámého vzorku.


• Prohlédněte si povrch neznámého vzorku. Prstem otřete veškeré vzniklé minerální fragmenty nebo prášek. Způsobil test škrábnutí? Dávejte pozor, abyste nezaměňovali minerální prášek nebo zbytky za poškrábaný. Škrábanec bude zřetelný rýhový řez v minerálním povrchu, nikoli značka na povrchu, který utírá.


• Proveďte test podruhé, abyste potvrdili své výsledky.

Mohsovy testy tvrdosti

• Užitečný odkaz může být seznam minerálů v pořadí tvrdosti. Pokud zjistíte, že vzorek má tvrdost Mohs 4, můžete rychle získat seznam potenciálních minerálů.


• Cvičení a zkušenosti zlepší vaše schopnosti při provádění tohoto testu. Stanete se rychlejší a sebevědomější.


• Pokud je tvrdost neznámého vzorku asi 5 nebo méně, měli byste být schopni vytvořit škrábanec bez velké námahy. Má-li však neznámý vzorek tvrdost asi 6 nebo větší, pak vytvoření škrábance bude vyžadovat určitou sílu. U těchto vzorků držte neznámý pevně proti stolu, umístěte na něj standardní vzorek, pevně stiskněte s odhodláním a poté přidržte tlak pomalu táhněte standardní vzorek přes povrch neznámého.


• Nenechte se zmást měkkým standardním vzorkem vytvářejícím známku na tvrdém neznámém místě. Tato známka je jako to, co křída produkuje na tabuli. To setře, aniž by zanechal škrábnutí. Otřete prst přes testovaný povrch. Pokud byl vytvořen škrábanec, bude viditelná drážka. Pokud značky setřou, škrábnutí nebylo vytvořeno.


• Některé tvrdé materiály jsou také velmi křehké. Pokud se některý z vašich vzorků spíše rozbije nebo drobí, než je poškrábání, budete muset být při provádění testu velmi opatrní. Testování drobných nebo zrnitých vzorků může být obtížné.


• Některé vzorky obsahují nečistoty. Pokud výsledky vašeho testu nejsou viditelně přesvědčivé nebo pokud informace z vašeho testu neodpovídají jiným vlastnostem, neváhejte znovu provést test. Je možné, že do jednoho z vašich vzorků byl vložen malý kus křemene (nebo jiná nečistota).


• Nebuďte wimpy! Toto je velmi častý problém. Někteří lidé náhodně třít jeden vzorek dozadu a dopředu proti druhému a pak hledat značku. Takto se test neprovádí.Děje se to jediným určeným pohybem s cílem odříznout škrábnutí.


• Buď opatrný. Když držíte neznámý vzorek proti stolu, umístěte jej tak, aby známý vzorek nebyl přetažen přes jeden z vašich prstů.


• Tento test by měl být proveden na laboratorním stole nebo na pracovním stole s trvanlivým povrchem nebo ochranným potahem. Neprovádějte tento typ testování jemného nábytku.


• Testujte malé částice nebo zrna tak, že je umístíte mezi dva kusy indexového minerálu a seškrábnete je dohromady. Pokud jsou zrna tvrdší než indexový minerál, vytvoří se škrábance. Pokud jsou zrna měkčí, budou rozmazávat.

Tvrdost běžných objektů

Někteří lidé používají několik rychlých objektů pro rychlé testy tvrdosti. Například geolog v oboru může mít vždy kapesní nůž. Nůž může být použit pro rychlou zkoušku tvrdosti pro určení, zda je vzorek tvrdší nebo měkčí než Mohs 5 až 6,5.

Před použitím těchto objektů jako nástrojů pro rychlé testování je vhodné potvrdit jejich tvrdost. Některé nože mají tvrdší ocel než jiné. Vyzkoušejte si a pak znáte jeho tvrdost.

Tyto běžné objekty mohou být také užitečné, pokud nemáte sadu referenčních minerálů. Do tohoto seznamu jsme zahrnuli křemen, protože se jedná o všudypřítomný minerál. V terénu jste často jen pár kroků od kousku křemene.

Mohsova tvrdost vybírá: Výběr tvrdosti se snadno používá. Mají mosazné pero a slitinový „pick“, který se používá pro testování tvrdosti. Umístěte ostrý bod výběru na neznámý vzorek a přetáhněte jej po povrchu. Buď vytvoří škrábnutí, sklouzne po povrchu nebo zanechá stopu kovu. Jsou dodávány s tvrdostí 2 (plastový hrot), 3 (měděný hrot) a 4 až 9 (pečlivě vybrané slitiny). Jsou skvělé pro testování malých vzorků nebo pro testování malých zrn zabudovaných do skály. Tyto tvrdoty jsou dostupné v obchodě.

Výběr tvrdosti

Alternativou k použití referenčních minerálů pro testování je sada „výběrů tvrdosti“. Tyto hroty mají ostré kovové body, které můžete použít pro velmi přesné testování. Špičky umožňují mnohem větší kontrolu a jejich ostré body mohou být použity k testování malých minerálních zrn ve skále.

Ostré hroty lze snadno použít a mohou způsobit poškrábání, jsou-li tvrdší než testovaný vzorek, nebo pokud jsou měkčí, zanechat malý pruh kovu. Prohlédněte si testovací místo pomocí ruční čočky a podívejte se na výsledky vašeho testu.

Použili jsme tvrdosti a mysleli jsme si, že odvedou skvělou práci. Používají se snadněji a přesněji než testování se vzorky. Když jsou nudné, mohou být znovu naostřeny. Jedinou nevýhodou je jejich cena (asi 80 USD za sadu).

Tvrdší než diamant, měkčí než mastek?

Diamant není nejtěžší známou látkou, ale materiály, které jsou těžší, jsou mnohem vzácnější. Vědci uváděli, že wurtzit nitrid boritý a lonsdaleit mohou být těžší než diamant.

Je nepravděpodobné, že najdete minerál, který je měkčí než mastek. Několik kovů je však měkčích. Mezi ně patří: cesium, rubidium, lithium, sodík a draslík. Pravděpodobně už nikdy nebudete muset vyzkoušet jejich tvrdost.

Mohs - Srovnání tvrdosti podle Vickerse: Tento graf porovnává tvrdost indexových minerálů Mohsovy stupnice tvrdosti (celočíselná stupnice) s jejich tvrdostí podle Vickerse (spojitá stupnice). Mohsova tvrdost je odolnost vůči poškrábání, zatímco tvrdost podle Vickerse je odolnost vůči vtlačení pod tlakem. Graf ukazuje velký rozdíl mezi Vickersovou tvrdostí korundu a diamantu - které jsou na stupnici Mohsovy tvrdosti pouze o jednu jednotku dále.

Mohsova stupnice tvrdosti ve srovnání s ostatními

Když Friedrich Mohs vyvinul svou stupnici tvrdosti v roce 1812, bylo k dispozici jen velmi málo informací o minerální tvrdosti. Jednoduše vybral deset minerálů, které se lišily v tvrdosti, a svévolně je umístil na celočíselné stupnici od 1 do 10. Bylo to relativní měřítko, ve kterém minerál neznámé tvrdosti mohl být testován proti skupině deseti minerálů s indexem, aby zjistil, kde je umístěn měřítko.

Mohsova stupnice obstála ve zkoušce času a byla po celém světě široce používána po více než 200 let - hlavně proto, že je snadno proveditelná, levná a lidé ji rychle pochopí. Byly navrženy další testy tvrdosti, ale žádný z nich není tak rozšířený.

„Mohsova tvrdost“ je relativní celočíselné srovnání „odolnosti vůči poškrábání“. Většina ostatních stupnic tvrdosti používá „odolnost vůči vtlačení pod stylusem, na který se po určitou dobu aplikuje určité množství tlaku.“ tyto testy se liší od Mohsovy tvrdosti v jejich postupu, jsou to všechny testy odolnosti vůči atomům, které jsou uvolňovány z jejich poloh tlakem na povrch minerálního vzorku.

Jedním z těchto měřítků je Vickersova stupnice tvrdosti. Ve Vickersově testu je velikost odsazení mikroskopicky odhadnuta a použita pro výpočet hodnoty tvrdosti. Hodnoty tvrdosti podle Vickerse tvoří souvislou stupnici, která poskytuje více informací o tvrdosti minerálů ve srovnání s celočíselnými hodnotami Mohsovy stupnice. Zde je uvedena tabulka porovnávající minerály Mohsovy stupnice s jejich tvrdostí podle Vickerse spolu s grafem dat. Graf ukazuje, že pokud jde o tvrdost podle Vickerse, mezery mezi celočíselnými hodnotami Mohsovy stupnice nejsou na šířku rovnoměrné. Kromě toho jsou mezery mezi minerály s vyšší Mohsovou tvrdostí mnohem širší než mezery mezi měkčími minerály. Pokud jde o tvrdost podle Vickerse, diamant je nesmírně tvrdší než korund.

Nejlepší způsob, jak se dozvědět o minerálech, je studovat se sbírkou malých vzorků, které můžete zpracovat, zkoumat a pozorovat jejich vlastnosti. V obchodě jsou dostupné levné sbírky minerálů.

Variace tvrdosti v jedné minerále

Přestože referenční knihy a webové stránky často uvádějí pro každý minerál jednu tvrdost, mnoho minerálů má různou tvrdost. Mají větší nebo menší tvrdost v závislosti na směru, kterým jsou poškrábány.

Známým příkladem minerálu s proměnlivou tvrdostí je kyanit. Kyanit se často vyskytuje v krystalech ve tvaru čepele. Tyto krystaly mají tvrdost asi 5, pokud jsou testovány rovnoběžně s dlouhou osou krystalu, a tvrdost asi 7, pokud jsou testovány paralelně s krátkou osou krystalu. Proč? Tyto různé směry naráží na různá vazebná prostředí v krystalu kyanitu. Vazby, které odolávají poškrábání rovnoběžně s dlouhou osou krystalu s čepelí, jsou slabší než vazby, které se vyskytují při škrábání po šířce krystalu. Střední tvrdosti se vyskytují v jiných směrech.

Dalším příkladem je diamant. Lidé, kteří řezali diamanty, věděli o své proměnlivé tvrdosti stovky let. Vědí, že paralelně s oktaedrálními křišťálovými tvářemi je diamantový krystal téměř neviditelný a je velmi obtížné ho vyleštit. Diamant lze v tomto směru rozbít štěpením a nejlepší metodou pro řezání v tomto směru je laser. Nejměkčí a nejlepší směr k pilování nebo leštění diamantového krystalu je rovnoběžný s jeho krychlovými krystalovými tvářemi. Tyto informace jsou kritickými znalostmi řemeslníků, kteří plánují design broušeného diamantu. Pochopení a práce s ním šetří čas, šetří peníze a vytváří lepší produkt s menším plýtváním.

Počasí může také ovlivnit tvrdost minerálního vzorku. Počasí mění složení minerálů, s povětrnostním produktem obvykle měkčím než původní materiál. Při testování tvrdosti nebo pruhů nebo jiných vlastností minerálu je nejlepší způsob testování na čerstvě rozbitém povrchu s očekávaným leskem, který nebyl vystaven povětrnostním vlivům.

O testech tvrdosti

Test tvrdosti vyvinutý Friedrichem Mohsem byl prvním známým testem k posouzení odolnosti materiálu proti poškrábání. Je to velmi jednoduchý, ale nepřesný srovnávací test. Snad jeho jednoduchost umožnila, aby se stal nejpoužívanějším testem tvrdosti.

Od doby, kdy byla Mohsova stupnice vyvinuta v roce 1812, bylo vynalezeno mnoho různých testů tvrdosti. Patří sem testy Brinella, Knoopa, Rockwella, Shora a Vickerse. Každý z těchto testů používá malé "vnitřní", které je aplikováno na testovaný materiál s pečlivě změřeným množstvím síly. Potom se pro výpočet hodnoty tvrdosti použije velikost nebo hloubka zahloubení a velikost síly.

Protože každý z těchto testů používá jiný přístroj a různé výpočty, nelze je vzájemně přímo porovnávat. Takže pokud byl proveden test tvrdosti podle Knoopa, číslo se obvykle uvádí jako „tvrdost podle Knoopa“. Z tohoto důvodu by měly být výsledky Mohsovy tvrdosti také uvedeny jako „Mohsova tvrdost“.

Proč existuje tolik různých testů tvrdosti? Typ použité zkoušky je určen velikostí, tvarem a dalšími charakteristikami zkoušených vzorků. Ačkoli se tyto testy liší od Mohsova testu, existuje mezi nimi určitá korelace.

Tvrdost, houževnatost a síla

Při testování tvrdosti mějte na paměti, že testujete „odolnost proti poškrábání“. Během testu mohou některé materiály selhat jinými způsoby. Místo poškrábání by se mohli zlomit, zdeformovat nebo rozpadat. Tvrdé materiály se při namáhání často zlomí. To je nedostatek houževnatosti. Jiné materiály se mohou při namáhání deformovat nebo rozpadat. Tyto materiály postrádají pevnost. Vždy mějte na paměti, že testujete odolnost proti poškrábání. Nenechte se zmást jinými typy selhání testovaného vzorku.

Použití pro testy tvrdosti

Mohsův test tvrdosti se téměř výhradně používá ke stanovení relativní tvrdosti minerálních vzorků. To se provádí jako součást postupu minerální identifikace v terénu, ve třídě nebo v laboratoři, když se zkoumají snadno identifikovatelné vzorky nebo pokud nejsou k dispozici sofistikovanější testy.

V průmyslu se provádějí další zkoušky tvrdosti, aby se určila vhodnost materiálu pro konkrétní průmyslový proces nebo pro konkrétní konečné použití. Testování tvrdosti se také provádí ve výrobních procesech, aby se potvrdilo, že kalení, jako je žíhání, popouštění, kalení v práci nebo kalení v pouzdrech, bylo provedeno podle specifikace.

Několik poznámek o pravopisu

Mohsova stupnice tvrdosti je pojmenována po svém vynálezci Friedrichovi Mohsovi. To znamená, že při psaní názvu testu není potřeba apostrof. „Mohs“ a „Mohs“ jsou nesprávné.

Google je o těchto jménech opravdu chytrý. Jako dotaz můžete zadat i „Moesovu stupnici tvrdosti“ a Google ví, že vrátí výsledky pro „Mohsovu stupnici tvrdosti“. :-)