Шкала твердости Мооса: проверка на устойчивость к царапинам

Содержание

• Что такое шкала твердости Мооса?
• Сравнение твердости
• Процедура твердости по Моосу
• Советы по твердости по Моосу
• Твердость общих объектов
• Выбор твердости
• Сильнее алмаза, мягче талька?
• Шкала твердости Мооса по сравнению с другими
• Вариации твердости в одном минерале
• О тестах на твердость
• Твердость, прочность и прочность
• Используется для испытаний на твердость
• Некоторые заметки по орфографии

Комплект твердости по Моосу: Лабораторный набор шкалы твердости Мооса, содержащий: (1) тальк; (2) гипс; (3) кальцит; (4) флюорит; (5) апатит; (6) ортоклаз; (7) кварц; (8) топаз; и (9) корунд. Бриллиант не входит в большинство комплектов, чтобы снизить стоимость. Также образец алмаза был бы настолько маленьким, что его было бы необходимо установить в ручку, чтобы быть полезным. Купите комплект минеральной твердости.

Что такое шкала твердости Мооса?

Одним из наиболее важных тестов для определения образцов минералов является тест твердости по Моосу. В этом тесте сравнивается устойчивость минерала к царапанию десятью эталонными минералами, известными как шкала твердости Мооса (см. Таблицу слева). Тест полезен, потому что большинство образцов данного минерала очень близко к той же твердости. Это делает твердость надежным диагностическим свойством для большинства минералов.

Фридрих Мос, немецкий минералог, разработал шкалу в 1812 году. Он выбрал десять минералов совершенно различной твердости, которые варьировались от очень мягкого минерала (тальк) до очень твердого минерала (алмаз). За исключением алмаза, все минералы относительно распространены и их легко или недорого получить.

Сравнение твердости

«Твердость» - это устойчивость материала к царапанию. Испытание проводится путем помещения острой точки одного образца на немаркированную поверхность другого образца и попытки получения царапины. Вот четыре ситуации, которые вы можете наблюдать при сравнении твердости двух образцов:

1. Если образец А может поцарапать образец В, то образец А тверже образца В.


2. Если образец А не царапает образец В, то образец В тверже образца А.


3. Если два образца имеют одинаковую твердость, они будут относительно неэффективны при царапании. Могут быть небольшие царапины, или может быть трудно определить, была ли царапина.


4. Если Образец A может быть поцарапан Образцом B, но не может быть поцарапан Образцом C, то твердость Образца A находится между твердостью Образца B и Образца C.

Испытание твердости по Моосу: При проведении теста положите неизвестный образец на столешницу и крепко удерживайте его одной рукой. Затем поместите точку эталонного образца на плоскую, немаркированную поверхность неизвестного образца. Плотно прижмите контрольный образец к неизвестному и сознательно протащите его по плоской поверхности, одновременно нажимая сильно. Чтобы избежать травм, перетащите известный образец от своего тела параллельно пальцам, которые держат неизвестный образец.

Процедура твердости по Моосу

• Начните с поиска гладкой, не поцарапанной поверхности для тестирования.


• Одной рукой плотно прижмите образец неизвестной твердости к столешнице, чтобы тестируемая поверхность была открытой и доступной. Столешница поддерживает образец и помогает держать его неподвижным для теста.


• Держите один из стандартных образцов твердости в другой руке и поместите точку этого образца на выбранную плоскую поверхность неизвестного образца.


• Плотно прижмите точку стандартного образца к неизвестному образцу и плотно перетащите точку стандартного образца по поверхности неизвестного образца.


• Осмотрите поверхность неизвестного экземпляра. Пальцем смахните все минеральные фрагменты или порошок, который был произведен. Тест дал царапину? Будьте осторожны, чтобы не спутать минеральный порошок или остатки с царапинами. Царапина будет представлять собой четкую бороздку на минеральной поверхности, а не след, который вытирает поверхность.


• Проведите тест еще раз, чтобы подтвердить свои результаты.

Советы по твердости по Моосу

• Список минералов в порядке твердости может быть удобным справочным материалом. Если вы определите, что образец имеет твердость 4 по шкале Мооса, вы можете быстро получить список потенциальных минералов.


• Практика и опыт улучшат ваши способности при выполнении этого теста. Вы станете быстрее и увереннее.


• Если твердость неизвестного образца составляет около 5 или менее, вы должны быть в состоянии произвести царапину без особых усилий. Однако если твердость неизвестного образца составляет около 6 или более, то для создания царапины потребуется некоторое усилие. Для этих образцов плотно прижмите неизвестное к столу, поместите стандартный образец к нему, твердо прижмите к нему, затем, удерживая давление, медленно перетащите стандартный образец по поверхности неизвестного.


• Не обманывайте себя мягким стандартным образцом, производящим отметку на жестком неизвестном. Этот знак похож на то, что мел делает на доске. Это сотрет, не оставляя царапины. Протрите палец по тестируемой поверхности. Если царапина была произведена, будет видимая канавка. Если следы стираются, царапина не образуется.


• Некоторые твердые материалы также очень хрупкие. Если один из ваших образцов ломается или крошится, а не царапается, вы должны быть очень осторожны при проведении теста. Испытание крошечных или гранулированных образцов может быть затруднено.


• Некоторые образцы содержат примеси. Если результаты вашего теста не являются явно убедительными, или если информация из вашего теста не соответствует другим свойствам, не стесняйтесь делать тест снова. Вполне возможно, что маленький кусочек кварца (или другая примесь) был внедрен в один из ваших образцов.


• Не будь слабаком! Это очень распространенная проблема. Некоторые люди случайно потирают один образец взад-вперед против другого, а затем ищут отметку. Это не то, как тест проводится.Это делается одним определенным движением с целью вырезать царапину.


• Быть осторожен. Когда вы держите неизвестный образец на столе, расположите его так, чтобы известный образец не натянул один из ваших пальцев.


• Это испытание должно проводиться на лабораторном столе или рабочем столе с прочной поверхностью или защитным покрытием. Не делайте этот тип тестирования на прекрасной мебели.


• Проверьте мельчайшие частицы или зерна, поместив их между двумя кусочками минерального индекса и собрав их вместе. Если зерна тверже минерала индекса, будут царапины. Если зерна мягче, они будут мазать.

Твердость общих объектов

Некоторые люди используют несколько общих объектов для быстрых испытаний на твердость. Например, геолог в этой области всегда может нести карманный нож. Нож можно использовать для быстрого теста на твердость, чтобы определить, является ли образец твердее или мягче, чем Моос 5 - 6,5.

Прежде чем использовать эти объекты в качестве инструментов быстрого тестирования, рекомендуется проверить их твердость. Некоторые ножи имеют более твердую сталь, чем другие. Проверь свои, и тогда ты поймешь, насколько это трудно.

Эти общие объекты также могут быть полезны, если у вас нет набора контрольных минералов. Мы включили кварц в этот список, потому что это вездесущий минерал. В поле вы часто находитесь всего в нескольких шагах от куска кварца.

Твердость по Моосу: Выбор твердости прост в использовании. У них есть латунный стилус и «подборщик» из сплава, который используется для проверки твердости. Поместите острую точку кирки на ваш неизвестный образец и перетащите его по поверхности. Он будет либо царапаться, скользить по поверхности, либо оставлять следы металла. Они поставляются с твердостью 2 (пластиковая точка), 3 (медная точка) и с 4 по 9 (тщательно отобранные сплавы). Они отлично подходят для тестирования небольших образцов или для тестирования мелких зерен, встроенных в камень. Эти твердости доступны в магазине.

Выбор твердости

Альтернативой использованию эталонных минералов для тестирования является набор «твердости». Эти кирки имеют острые металлические точки, которые вы можете использовать для очень точного тестирования. Выборы позволяют намного больше контроля, и их острые точки могут использоваться, чтобы проверить маленькие минеральные зерна в скале.

Острые кирки можно легко использовать, и они могут давать царапину, если они тверже, чем образец, который тестируется, или оставлять крошечную полоску металла, если они мягче. Осмотрите тестовый участок с помощью объектива, чтобы увидеть результаты вашего теста.

Мы использовали твердость и думаем, что они делают отличную работу. Они проще в использовании и более точны, чем испытания с образцами. Их можно заточить, когда они тусклые. Единственным недостатком является их цена (около 80 долларов за комплект).

Сильнее алмаза, мягче талька?

Алмаз не самое твердое из известных веществ, но более твердые материалы встречаются гораздо реже. Исследователи сообщают, что вюрцит нитрид бора и лонсдейлит могут быть тверже алмаза.

Вряд ли вы найдете минерал, более мягкий, чем тальк. Тем не менее, несколько металлов мягче. К ним относятся: цезий, рубидий, литий, натрий и калий. Вам, вероятно, никогда не понадобится проверять их твердость.

Сравнение твердости по шкале Мооса - Виккерса: Эта диаграмма сравнивает твердость минералов индекса по шкале твердости Мооса (целочисленная шкала) с их твердостью по Виккерсу (непрерывная шкала). Твердость по Моосу является устойчивостью к царапинам, а твердость по Виккерсу - стойкостью к вдавливанию под давлением. График показывает большую разницу между твердостью по Виккерсу корунда и алмаза, которые находятся на расстоянии всего лишь одной единицы по шкале твердости по Моосу.

Шкала твердости Мооса по сравнению с другими

Когда Фридрих Моос разработал свою шкалу твердости в 1812 году, было очень мало информации о минеральной твердости. Он просто выбрал десять минералов, которые различались по твердости, и произвольно поместил их в целочисленную шкалу от 1 до 10. Это была относительная шкала, в которой минерал с неизвестной твердостью можно было проверить по группе из десяти индексных минералов, чтобы увидеть, где он расположен масштаб.

Шкала Мооса выдержала испытание временем и широко использовалась во всем мире на протяжении более 200 лет - главным образом потому, что она проста в исполнении, недорогая и люди быстро ее понимают. Были разработаны другие тесты на твердость, но ни один из них не получил такого широкого применения.

«Твердость по Моосу» - это относительное целочисленное сравнение «устойчивости к царапинам». Большинство других шкал твердости используют «устойчивость к вдавливанию под стилусом, к которому применяется определенное количество давления в течение определенного промежутка времени». Хотя эти тесты отличаются от твердости по Моосу в своей методике, все они представляют собой тесты сопротивления атомам, смещаемым с их позиций давлением на поверхность минерального образца.

Одной из этих шкал является шкала твердости по Виккерсу. В тесте Виккерса размер вдавливания оценивается микроскопически и используется для расчета значения твердости. Значения твердости по Виккерсу образуют непрерывную шкалу, которая предоставляет больше информации о твердости минералов по сравнению с целочисленными значениями шкалы Мооса. Таблица сравнения минералов шкалы Мооса с их твердостью по Виккерсу показана здесь вместе с графиком данных. График показывает, что с точки зрения твердости по Виккерсу, промежутки между целочисленными значениями шкалы Мооса не являются однородными по ширине. Кроме того, разрывы между минералами с более высокой твердостью по Моосу намного шире, чем между более мягкими минералами. С точки зрения твердости по Виккерсу, алмаз чрезвычайно твердее, чем корунд.

Лучший способ узнать о минералах - это изучить коллекцию мелких образцов, с которыми вы можете обращаться, исследовать и наблюдать их свойства. Недорогие минеральные коллекции доступны в магазине.

Вариации твердости в одном минерале

Хотя в справочных книгах и на веб-сайтах часто указывается единая твердость для каждого минерала, многие минералы имеют переменную твердость. Они имеют большую или меньшую твердость в зависимости от направления, в котором они царапаются.

Хорошо известным примером минерала с переменной твердостью является кианит. Кианит часто встречается в кристаллах в форме лезвия. Эти кристаллы имеют твердость около 5, если они испытываются параллельно длинной оси кристалла, и твердость около 7, если они испытываются параллельно короткой оси кристалла. Зачем? Эти разные направления сталкиваются с различными связующими средами в кристалле кианита. Связи, которые сопротивляются царапанию параллельно длинной оси лопастного кристалла, являются более слабыми, чем те, которые встречаются при царапании по всей ширине кристалла. Промежуточные твердости встречаются в других направлениях.

Другой пример - алмаз. Люди, которые резали алмазы, знали о его переменной твердости в течение сотен лет. Они знают, что параллельно восьмигранным граням кристалла кристалл алмаза практически невозможно распознать и очень трудно отполировать. Алмаз может быть разбит в этом направлении путем раскалывания, и лучший способ разрезать его в этом направлении - с помощью лазера. Самое мягкое и лучшее направление, чтобы пилить или полировать кристалл алмаза, параллельно его граням кубического кристалла. Эта информация является критическим знанием для мастеров, которые планируют дизайн ограненного бриллианта. Понимание этого и работа с ним экономит время, экономит деньги и создает лучший продукт с меньшими затратами.

Выветривание также может влиять на твердость минерального образца. Выветривание изменяет минеральный состав, причем продукт выветривания обычно более мягкий, чем исходный материал. При тестировании твердости, разводов или других свойств минерала лучше всего тестировать на свежеразбитой поверхности с ожидаемым блеском, который не подвергался атмосферным воздействиям.

О тестах на твердость

Испытание на твердость, разработанное Фридрихом Моосом, было первым известным испытанием для оценки стойкости материала к царапанию. Это очень простой, но неточный сравнительный тест. Возможно, его простота позволила ему стать наиболее широко используемым испытанием на твердость.

С тех пор как шкала Мооса была разработана в 1812 году, было изобретено много различных испытаний на твердость. К ним относятся тесты Бринелля, Кнупа, Роквелла, Шора и Виккерса. Каждый из этих тестов использует крошечный «индентор», который применяется к тестируемому материалу с тщательно измеренным количеством силы. Затем размер или глубина выемки и величина силы используются для расчета значения твердости.

Поскольку в каждом из этих тестов используются разные устройства и разные вычисления, их нельзя сравнивать напрямую друг с другом. Таким образом, если тест на твердость по Кнупу был проведен, это число обычно указывается как «Твердость по Кнупу». По этой причине результаты испытаний на твердость по Моосу также следует указывать как «твердость по Моосу».

Почему так много разных испытаний на твердость? Тип используемого теста определяется размером, формой и другими характеристиками тестируемых образцов. Хотя эти тесты сильно отличаются от теста Мооса, между ними есть некоторая корреляция.

Твердость, прочность и прочность

При тестировании на твердость помните, что вы тестируете «устойчивость к царапинам». Во время теста некоторые материалы могут выйти из строя другими способами. Они могут сломаться, деформироваться или рассыпаться вместо царапин. Твердые материалы часто ломаются при воздействии стресса. Это недостаток прочности. Другие материалы могут деформироваться или разрушаться при воздействии напряжения. Этим материалам не хватает прочности. Всегда имейте в виду, что вы проверяете устойчивость к царапинам. Не обманывайте себя другими типами ошибок в тестируемом образце.

Используется для испытаний на твердость

Тест на твердость по Моосу почти исключительно используется для определения относительной твердости минеральных образцов. Это делается как часть процедуры идентификации минералов в полевых условиях, в классе или в лаборатории, когда исследуются легко идентифицируемые образцы или когда нет более сложных тестов.

В промышленности проводятся другие испытания твердости, чтобы определить пригодность материала для определенного промышленного процесса или конкретного конечного применения. Испытания на твердость также проводятся в производственных процессах, чтобы подтвердить, что закалочные обработки, такие как отжиг, отпуск, упрочнение или упрочнение корпуса, были выполнены в соответствии со спецификацией.

Некоторые заметки по орфографии

Шкала твердости Мооса названа в честь ее изобретателя Фридриха Мооса. Это означает, что апостроф не требуется при вводе названия теста. «Моос» и «Моос» неверны.

Google действительно умный об этих именах. Вы даже можете ввести «Шкала твердости Моеса» в качестве запроса, и Google знает, как вернуть результаты для «Шкалы твердости Мооса». :-)