O que é mais duro, granito ou mármore, níquel ou alumínio? E o que é dureza afinal? Tentaremos responder a essas perguntas em nosso artigo. Vários cientistas estrangeiros lidaram com o problema de determinar a dureza de minerais e substâncias. Entre eles estão Albert Schor, Friedrich Moos, Johan August Brinell, William Vickers e outros. No entanto, o único método geralmente aceito para calcular a dureza na ciência ainda não existe.
O que é dureza?
Cada uma das substâncias conhecidas pela ciência tem uma série de propriedades e qualidades físicas específicas. Este artigo irá discutir o que é dureza. Esta é a capacidade de um material resistir à penetração de outro corpo mais durável nele (por exemplo, uma ferramenta de corte ou perfuração).
A dureza das substâncias é mais frequentemente medida em unidades especiais - kgf/mm2 (quilograma-força por milímetro quadrado de área). É designado em letras latinas HB, HRC ou HRB, dependendo da escala escolhida.
O mineral mais duro da Terra é o diamante. Se falamos de materiais de origem artificial, o mais durável é a fulerita. É um cristal molecular que se forma em altas temperaturas (cerca de 300 graus Celsius) e pressões extremamente altas (mais de 90.000 atmosferas). Segundo os cientistas, a fulerita é cerca de uma vez e meia mais dura que o diamante.
O que é dureza?
Existem três opções principais de dureza:
- Superfície (determinada pela relação da carga com a área da superfície da impressão).
- Projeção (a razão entre a carga e a área de projeção da impressão).
- Volume (carregar para a proporção do volume de impressão).
Além disso, a dureza dos corpos físicos é medida em quatro faixas:
- Nanodureza (Carga inferior a 1 gf).
- Microdureza (1 – 200 gf).
- Dureza em cargas baixas (200 gf - 5 kgf).
- Macrodureza (mais de 5 kgf).
Dureza dos metais
Dos 104 elementos do sistema periódico de Mendeleev, 82 são metais. E o número total de ligas conhecidas pelo homem chega a cinco mil! O escopo dos metais no mundo moderno é incrivelmente amplo. Estas são as indústrias militar e química, metalurgia, engenharia elétrica, indústria espacial, joalheria, construção naval, medicina, etc.
Entre todas as características físicas e químicas dos metais, a dureza está longe de ser a últimaFunção. Afinal, ela demonstra claramente:
- grau de resistência ao desgaste do metal;
- resistência à pressão;
- sua capacidade de cortar outros materiais.
Entre outras coisas, a dureza de um metal mostra se ele pode ser processado em certas máquinas, se pode ser polido e similares. A propósito, os cientistas há muito provam que a dureza de um metal determina em grande parte suas outras propriedades mecânicas.
Qual é a dureza do ferro, cobre e alumínio? E qual metal é o mais duro e durável?
Magnésio e alumínio estão entre os metais mais macios. Seus valores de dureza variam dentro de 5 kgf/mm2. Cerca de duas vezes mais duro - níquel e cobre (cerca de 10 kgf/mm2). A dureza do ferro é estimada em 30 kgf/mm2. Bem, os metais mais duros de origem natural incluem titânio, ósmio e irídio.
Determinação da dureza: métodos, métodos e abordagens
Como se mede a dureza de um corpo físico? Para fazer isso, um chamado penetrador é introduzido na amostra. Seu papel pode ser desempenhado por uma bola de metal resistente, pirâmide ou cone de diamante. Após o efeito de contato direto do penetrador, uma impressão permanece na amostra de teste, cujo tamanho determina a dureza do material.
Na prática, são usados dois grupos de métodos para medir a dureza:
- Dinâmico.
- Cinética.
Neste caso, a carga aplicada durante a introdução do penetrador no corpo pode ser realizadariscando, recuando (na maioria das vezes), cortando ou recuperando.
Hoje existem várias abordagens diferentes para determinar a dureza:
- Rockwell;
- Brinell;
- de acordo com Vickers;
- by Shore;
- de acordo com Mohs.
Assim, existem várias escalas diferentes de dureza de materiais, não há relação direta entre elas. Um ou outro método de medição é escolhido com base em vários fatores (por exemplo, as propriedades de um determinado material, as condições do experimento, o equipamento usado etc.). Dispositivos que determinam a dureza de metais ou minerais são comumente chamados de testadores de dureza.
Método Rockwell
O valor de dureza Rockwell é determinado pela profundidade da indentação de um cone de diamante ou bola de metal deixada na superfície da peça de teste. Além disso, é adimensional e denotado pelas letras HR. Materiais muito macios podem ter valores de dureza negativos.
O chamado durômetro Rockwell foi inventado no início do século passado pelos americanos Hugh Rockwell e Stanley Rockwell. Você pode ver como funciona no vídeo a seguir. Um fator crítico para este método é a espessura do corpo de prova. Não deve ser inferior a dez vezes a profundidade de penetração do penetrador no corpo de teste.
Dependendo do tipo de penetrador e da carga aplicada, existem três escalas de medição. Eles são designados por três letras latinas: A, B e C. O valor da dureza Rockwell tem uma forma numérica. Por exemplo: 25,5 HRC (últimoa letra indica a escala que foi usada no teste).
Método Brinell
O valor de dureza Brinell é determinado pelo diâmetro da impressão deixada por uma esfera de aço endurecido na superfície do metal que está sendo testado. A unidade de medida é kgf/mm2.
O método foi proposto em 1900 pelo engenheiro sueco Johan August Brinell. O teste é realizado da seguinte forma: primeiro, a pré-carga do penetrador na amostra é definida e só então - a principal. Além disso, o material sob esta carga pode suportar até 30 segundos, após os quais a profundidade da indentação é medida. A dureza Brinell (referida como HB) é calculada como a razão entre a carga aplicada e a área da superfície da impressão resultante.
Alguns valores de dureza para diferentes materiais (segundo Brinell):
- Madeira – 2, 6-7, 0 HB.
- Alumínio - 15 HB.
- Cobre – 35 HB.
- Aço macio - 120 HB.
- Copo – 500 HB.
- Aço ferramenta - 650-700 HB.
método Vickers
A dureza de acordo com o método Vickers é determinada pressionando uma ponta de diamante na amostra, tendo a forma de uma pirâmide quadrangular regular. Após retirar a carga, meça as duas diagonais formadas na superfície do material e calcule o valor médio aritmético d (em milímetros).
O durômetro Vickers é bastante compacto (veja a foto abaixo). O teste é realizado à temperatura ambiente (+20 graus). O valor da dureza do corpo é indicado pelas letras HV.
método Short
Este método de medição de dureza foi proposto pelo inventor americano Albert Shor. Também é muitas vezes referido como o "método de rebote". Ao medir a dureza Shore, um percutor de tamanho e massa padrão é lançado de uma certa altura na superfície do material que está sendo testado. O valor-chave deste experimento é a altura do rebote do atacante, medida em unidades convencionais.
A dureza Shore é medida na faixa de 20 a 140 unidades. Cem unidades correspondem a uma altura de rebote de 13,6 mm (± 0,5 mm). De acordo com a norma, este valor é a dureza do aço carbono endurecido. Um moderno aparelho para medir a dureza dos materiais segundo Shore é chamado de escleroscópio ou durômetro (pode ser visto na foto abaixo).
Escala de Mohs
A escala de dureza de Mohs é relativa e se aplica exclusivamente a minerais. Dez minerais foram selecionados como minerais de referência, que foram organizados em ordem crescente de dureza (no diagrama da foto abaixo). Assim, a escala tem 10 pontos (de 1 a 10).
A escala mineralógica de dureza foi proposta pelo cientista alemão Friedrich Moos em 1811. No entanto, ainda é usado em geologia.
Como determinar a dureza de um determinado mineral na escala de Mohs? Isso pode ser feito examinando cuidadosamente o arranhão deixado pela amostra. É conveniente usar uma unha, uma moeda de cobre, um pedaço de vidro ou uma faca de aço.
Então seo mineral testado escreve no papel sem riscá-lo, então sua dureza é igual a um. Se a pedra é facilmente arranhada com uma unha, sua dureza é 2. Três pontos têm minerais que são facilmente arranhados com uma faca. Se você precisar fazer algum esforço para deixar uma marca na pedra, então sua dureza é 4 ou 5. Minerais com dureza 6 ou superior deixam arranhões na lâmina da faca.
Em conclusão…
Então, o que é dureza? Esta é a capacidade de um corpo físico de resistir à destruição e deformação sob a influência de forças de contato locais. O mineral mais duro da Terra é considerado o diamante, e o metal mais durável é o irídio. Na ciência e tecnologia modernas, vários métodos de medição de dureza são usados (de acordo com Brinell, Rockwell, Vickers, Shore e Mohs).
