Прочность и твердость разница

Разница между твердостью и прочностью

Твердость и ударная вязкость – это свойства, связанные с материалами, которые обычно используются в технологии материалов. Вместе они определяют прочность данного материала. Эти два свойства обратно пропорциональны друг другу. В то время как твердость увеличивается, ударная вязкость уменьшается. Это ключевое различие между твердостью и прочностью.

Эта статья объясняет,
1. Что такое твердость
– определение, характеристики, тесты, примеры
2. Что такое прочность
– определение, характеристики, тесты, примеры
3. В чем разница между твердостью и вязкостью

About my channel supporting (English subtitles) (Декабрь 2021).

Твердость – это показатель того, сколько энергии может поглотить металл до разрыва или разрыва. Это также относится к способности металла изгибаться без разрушения.

В чем разница между жесткостью, твердостью и силой?

Твердость, твердость и прочность звучат как схожие качества. Фактически, хотя оба измеряют способность металла противостоять стрессу, они сильно отличаются друг от друга.

• Показатель жесткости – способность металла сохранять свою целостность при нажатии, вытягивании или деформировании. Металл, который можно согнуть без разрушения, является более жестким, чем металл, который будет ломаться, а не изгибаться.
• Твердость – это мера способности металла выдерживать трение и, таким образом, избегать истирания. Например, алмаз очень тяжелый. Очень трудно поцарапать поверхность алмаза. Но алмаз не особенно прочен, так как он легко может быть разбит тяжелым ударом.
• Сила – это мера силы, требуемой для изгиба металла. Некоторые металлы легко согнуты и поэтому ценны для ювелирных изделий и аналогичного использования. Другие являются чрезвычайно сильными и поэтому ценятся для использования в крупных структурах.

Металл может быть жестким, твердым и сильным – или любой комбинацией трех качеств. При выборе металла для конкретного использования металлурги ищут подходящую комбинацию прочности, твердости и прочности.

Во многих случаях металлы сплавляются с другими металлами, чтобы добавить, например, твердость к жесткому металлу или прочность к твердым металлам.

Как протестирована жесткость?

В то время как технически не испытание на ударную вязкость, прочность материала чаще всего измеряется испытанием на удар, известным как тест на ударную вязкость по Шарпи (CVN).

В стандартном CVN-испытании квадратный стержень размером 10 мм × 10 мм имеет небольшую «V» -образную выемку, обработанную на одной грани.

Молоток, качающийся с большого маятника, ударит в сторону напротив выреза. Если металл не сломается, уровень энергии увеличивается до тех пор, пока металл не сломается. После того, как ударная машина Шарпи разрушает планку, регистрируется количество энергии, необходимое для возникновения разрыва, что позволяет измерять ударную вязкость в фунтах.

Чем отличается чугун от стали

Основой для изготовления чугуна или стали служит железо. В природе это – металл с серебристым отливом, не имеющий достаточной твердости. Такой металл практически не используется в промышленности, а широкое применение получили различные сплавы железа.

И чугун, и сталь относятся к группе черных металлов. Именно содержание железа и углерода является их главным отличием.

Механические свойства древесины: ударная вязкость, прочность и твердость. Применение древесины

В течение нескольких тысячелетий человек использует древесину для многих целей. Она выступает, прежде всего, топливом, а уже после строительным материалом. Из нее изготавливают разные инструменты, неповторимые по красоте предметы мебели и оружие. Из-за сезонных колебаний и в процессе роста ствола образуются годичные кольца, которые позволяют точно определить место произрастания древесины, а также год вырубки.

Статья, которая поможет вам понять механические свойства материалов: прочность, твердость, вязкость, хрупкость .

В строительной инженерии, когда мы выбираем правильный материал для проекта или продукта, очень важно выбрать именно этот материал, а не этот материал, основываясь на механических свойствах материала в качестве основы, эта статья поможет вам понять основные механические свойства материалов: прочность, твердость, вязкость, хрупкость…

Соответствие твердости и прочности Таблица / Hardness equivalent table

Метод первопроходец. Звание заслуживает система определения твердости материалов, разработанная Августом Бринеллем. Это инженер из Швеции. Его метод стал первым стандартизированным и широко используемым. Шкалу Бринелля мир «взял на вооружение» в 1900-ом году. Разберемся, в чем суть системы, твердость каких материалов можно узнать с ее помощью, и есть ли у метода минусы.

Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Шкала твердости минералов или минералогическая шкала Мооса составлена на основании эталонных образцов по степени относительной твердости от 1 до10. Качественный порядковый показатель прочностной стойкости минералов, включённых в эту шкалу, выявляется путём царапания. Механическая способность более твёрдых материалов наносить царапины на более мягкие породы определяет относительную твёрдость минералов того или иного типа.

10 минеральных элементов Мооса представлены в качестве эталонных образцов и упорядочены в порядке возрастания, что позволяет наглядно определить, какой минерал твёрже. Так, например, тальк занимает первую позицию в таблице и считается наиболее мягким среди прочих представленных на шкале. По другую сторону расположился алмаз, который по критерию «прочность минерала» занимает самую вершину, то есть 10-ую позицию по шкале Мооса и не имеет аналогов в природе по этому показателю.

Что такое твердость

Твердость определяется сопротивлением материала пластической деформации, обычно путем вдавливания. Это также относится к устойчивости к царапинам, истиранию или порезам. Есть несколько глобально одобренных тестов для измерения твердости.

Тесты для измерения твердости

• Твердость по Роквеллу
• Твердость по Бринеллю
• Испытание на твердость по Виккерсу
• Испытание твердости по Кнупу
• Испытание на твердость по Шору
• Испытание твердости по Моосу

Твердые материалы устойчивы к царапинам. Твердость зависит от прочности и пластичности материала. Чем выше твердость, тем дольше срок службы материала.

Примеры твердых материалов

Алмаз, являющийся аллотропом углерода, считался самым твердым материалом на земле. Его использовали не только в ювелирном производстве, но и для различного оборудования. Алмаз также используется для резки стекла, керамики и т. Д.

Тем не менее, группа ученых из Университета штата Северная Каролина заявила, что они придумали еще более твердый материал под названием Q-Carbon.

Рисунок 1: Алмаз является одним из самых твердых материалов на земле.

Металлы Глоссарий: что такое гидрид металла?

Большинство гидридов ведут себя как восстановители в химических реакциях. Никель-металлгидридные (NiMH) батареи полагаются на гидриды редкоземельных интерметаллических соединений.

Сталь

Применяется сталь повсеместно. В промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий. В быту сталь представлена стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.

Сталь ‒ это сплав железа и углерода. Содержание углерода в стали – не более 2% (он увеличивает прочность), а железа не меньше 45%. Также в состав стали могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки.

Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость.

Хром увеличивает прочность стали, ее твердость и сопротивляемость износу.

Кремний добавляет прочности, твердости и упругости стали, снижает ее вязкость.

Марганец улучшает свариваемость и прокаливаемость.

В зависимости от сферы применения, марки стали делятся на следующие типы:

Конструкционная сталь используется в строительстве и машиностроении. Из неё изготавливают различные детали, механизмы, конструкции массового назначения.

Инструментальная сталь имеет высокую твердость и прочность. Этот тип стали идеально подходит для изготовления ножей, клинков и другого инструмента.

По наличию легирующих компонентов марки стали бывают:

По содержанию углерода марки стали бывают:

низкоуглеродистые – содержание углерода не превышает 0,25%;

среднеуглеродистые- не более 0,55%;

высокоуглеродистые- не более 0,85%.

По содержанию неметаллических элементов с таль бывает:

обычная- содержание фтора и серы не превышает 0,05%;

качественная- менее 0,035%;

высококачественная- менее 0,025%;

особо высококачественная сталь- менее 0,015%.

Качество стали повышается в процессе закаливания. Также этот сплав обладает высокой теплопроводностью. Температура плавления всех марок стали находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С.

Состав

При изучении вопроса о древесине обязательно необходимо ознакомиться с ее составом. В ней содержатся органические вещества, в которые входят:

Элементарный химический состав у разных пород остается почти одинаковым. Абсолютно сухой материал будет содержать углерод в объеме 49,5 %, 6,3 % водорода и 44,2 % кислорода с азотом. Последний содержится в материале в объеме 0,12 %. Элементарный химический состав древесины в области ветвей и ствола почти не отличается. Условия произрастания тоже никак не влияют на содержание основных элементов.

Помимо органических веществ, в древесине имеются минеральные соединения, которые дают при сгорании золу. Количество упомянутого элемента достигает 1,7 %. У отдельных пород объем золы может быть выше и составляет 3,5 %. У одной и той же породы количество золы будет зависеть от части дерева, условий произрастания и возраста, а также положения в стволе.

Больше золы получается при сжигании листьев и коры, а стволовая древесина дуба дает примерно 0,35 %. Древесина ветвей содержит больше золы, чем древесина ствола. В составе золы соли щелочноземельных металлов. Если речь идет о древесине сосны, то в золе, а также в золе березы и ели содержатся соли кальция в объеме 40 %.

По химическому составу ранняя и поздняя древесины почти одинаковы, это относится к содержанию гемицеллюлозы, лигнина и целлюлозы. Ранняя древесина содержит больше веществ, которые растворяются в эфире и воде. Это особенно свойственно лиственнице.

По высоте ствола химический состав меняется мало. В составе дуба не обнаружено почти ощутимых различий по высоте. У осины, ели и сосны в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы.

★ Базовый Cоднажды

Изучение знаний начинается с концепций, которые представляют собой наименьшие единицы знания. Понимание чего-либо, предмета, требует понимания многих основных понятий. Следовательно, чтобы узнать о механических свойствах материалов, нам необходимо сначала понять соответствующую основную концепцию и то, что она выражает. С этой отправной точкой дальнейшее будет намного проще.

Нет.	Свойства	Определение
1	Прочность	Способность материала противостоять повреждениям под действием внешней силы.
2	Твердость	Способность материала противостоять локальной пластической деформации. Способность материала противостоять царапинам, порезам, истиранию, вдавливанию или проникновению.
3	неподвижность	Жесткость относится к способности материала или компонента противостоять деформации под действием напряжения, что отражает сложность упругой деформации, а также силу, необходимую для смещения единицы.
4	Трансформируемость	Гибкость, также известная как коэффициент гибкости, обозначается как λ, что относится к размеру деформации вдоль вертикальной оси компонента при осевом напряжении. Это величина, обратная жесткости.
5	Усталость	Усталостное повреждение относится к явлению разрушения материала под действием напряжения, которое намного ниже предела прочности или даже предела текучести материала.
6	Прочность	Вязкость, указывающая на способность материала поглощать энергию во время пластической деформации и разрушения.
7	Хрупкость	Хрупкость относится к свойству, при котором материал разрушается под действием внешней силы (например, при растяжении и т. Д.) С небольшой деформацией.
8	эластичность	Под эластичностью понимается свойство, при котором объект может восстанавливать свой первоначальный размер и форму после деформации, что выражается модулем упругости E.
9	пластичность	Пластичность – это способность объекта деформироваться. Когда внешняя сила мала, объект подвергается упругой деформации, когда внешняя сила превышает определенное значение, объект производит безвозвратную деформацию, которая называется пластической деформацией.
10	тягучесть	Пластичность относится к способности материала или компонента продолжать нести после достижения состояния повреждения, пока не достигнет своей предельной грузоподъемности. Это способность сохранять деформацию при определенной грузоподъемности.

Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике

Эта система была создана в начале XIX века немецким геологом, минерологом и изобретателем того времени, Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии для определения показателя твёрдости было создано ещё много схожих методик, включая метод Кнупа, Бринеля, Виккерса и Роквела.

Минералы шкалы Мооса, определяемые по твёрдости, распределены в соответствии с относительным целочисленным сравнении. Эта сравнительная характеристика основана на устойчивости образца к царапанию. Существуют популярные методы, которые используют в качестве сравнительной характеристики устойчивость к вдавливанию.

В этих исследовательских методах в качестве инструмента испытания используется индентор, вдавливающийся в исследуемый кусок минеральной породы. При этом производятся доскональные замеры силового показателя давления. Полученные показатели размеров и глубины выемки с учётом силы давления позволяют рассчитать показатели твёрдости.

Но в подобных методах измерения для испытаний используют самые разные технические приспособления и способы расчёта. Поэтому прямое сравнение полученных показателей для различных минералов в различных условиях несопоставимы друг с другом напрямую.

Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение – сама методика более проста и дешева в плане реализации и более доступна для понимания. С другой стороны, такой тип измерений не способен обеспечить высочайшую степень точности. Тем не менее, она актуальна среди современных геологов, работающих в полевых условиях.

Её часто используют для первичного определения типа минеральных пород при исследовании полученных образцов на месте, когда проведение более сложных тестов затруднительно или невозможно. Именно поэтому результаты измерения твёрдости по шкале Мооса принято называть относительными.

Легирующие добавки в составе сплавов

Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:

• Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
• Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля – 0,003%.
• Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
• Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
• Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
• Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.

Читать также: Где заправить бытовой газовый баллон в воронеже

Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Современное производство нуждается в большом количестве прочных стальных изделий. При строительстве мостов, домов, сложных конструкций используют различные стали. Одним из главнейших вопросов является расчет прочности металла и значения величины напряжения стальной арматуры. Чтобы конструкции служили долго и были безопасны необходимо точно знать предел текучести стального материала, который подвергается основной нагрузке.

Чугун

Чугун – это тоже металл, сплав железа с углеродом. Только доля углерода в нём превышает 2,14%.

Углерод в чугуне содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций углерода). Именно эти вещества и определяют цвет готового чугуна.

В зависимости от состояния и содержания углерода чугун различают на:

Механические свойства

Рассматривая механические свойства древесины, вы выделите не только твердость, прочность и ударную вязкость, но и влажность. Последняя может быть относительной или абсолютной. Для практических целей особую важность имеет относительная влажность. Она показывает степень пригодности материала к технологической операции.

Для склеивания лучше использовать материал с влажностью до 6 %. Механические свойства древесины указывают на то, что классифицировать ее можно по относительной влажности на категории. Материал бывает:

Мокрая древесина, абсолютная влажность которой превышает 100 %, образуется при долговременном нахождении в воде. Воздушно-сухая с абсолютной влажностью в пределах от 15 до 20 % образуется при долговременном хранении на воздухе. С увеличением влажности материал становится сложно использовать в производстве. Сырые заготовки хуже склеиваются, а по мере высыхания в изделиях могут появиться щели и трещины. Для предотвращения таких проблем древесина предварительно сушится.

Среди механических свойств древесины следует выделить гигроскопичность. Она представляет собой способность поглощать влагу из внешней среды. Для снижения скорости поглощения влаги поверхность покрывается лаками, эмалями и масляными красками. Максимальная влажность, которую можно достичь при поглощении влаги составляет 30 % при 20 °C. Это значение не зависит от породы.

Нельзя не упомянуть еще и о пористости. Для разных видов этот параметр будет обладать своим значением, но средний разбег составляет 34-80 %. Если рассматривать плотность, то можно выделить плотность древесины и древесного вещества. В последнем случае среднее значение равно 1,54 г/см3.

★ Основные характеристики

Чтобы лучше понять эти механические свойства, я выбрал 10 обычных сцен из повседневной работы или жизни в качестве справочных, чтобы дополнительно описать их основные характеристики, передать их своим друзьям, чтобы они учились друг у друга.

Прочность: материал должен выдерживать силы, приложенные в сценарии применения, без изгиба, разрушения, разрушения или деформации.

Твердость: более твердые материалы, как правило, более устойчивы к царапинам, долговечны и устойчивы к разрывам и вмятинам.

Жесткость: материал с хорошей жесткостью менее подвержен деформации.

Гибкость: большая степень гибкости приводит к большей деформации и ухудшению устойчивости компонента.

Усталость: материал с высокой утомляемостью имеет хорошее качество и служит дольше.

Прочность: сопротивление материала растяжению и ударам, чем выше ударная вязкость, тем меньше вероятность хрупкого разрушения.

Хрупкость: в отличие от прочности, чем выше хрупкость, материал будет поврежден при очень небольшой деформации.

Эластичность: способность материала поглощать силу, изгибаться в разных направлениях и возвращаться в исходное состояние.

Пластичность: по сравнению с эластичностью, чем лучше пластичность, деформация материала сохранит форму после деформации.

Пластичность: способность подвергаться напряжению и деформации в направлении длины. Для сейсмических конструкций следует использовать материалы с хорошей пластичностью.

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

• спайность кристаллов;
• внутренняя целостность минерала;
• процент кварца;
• вид вторичных примесей;
• происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Свойства, история и использование латунного металла

Латунь – это бинарный сплав, состоящий из меди и цинка, который был производится на протяжении тысячелетий и ценится за его работоспособность и привлекательный внешний вид.

Дополнительно о механических свойствах: ударная вязкость

Ударная вязкость древесины – это способность материала к поглощению энергии при нагрузке. Свойство обеспечивается пластичностью и вязкостью. Когда испытания проводятся по данной стандартизованной методике, используется маятниковый копер. Он обеспечивает движение бойка, скорость которого составляет 6 м в секунду. Это позволяет определите отношение работы на излом образца к площади поперечного сечения.

Если проводить сравнение мягких лиственных пород с хвойными, у первых ударная вязкость больше в 1,5 раза, тогда как у твердолиственных – в 2,5 раза. Так, для сосны описываемый параметр составляет 41, для граба – 99, для липы – 58 кДж/м2. Если увеличивать скорость нагрузки, то сопротивление изгибу будет возрастать. Иногда описываемое свойство определяется с увеличением высоты падения молота. Если подвергать ударному изгибу модифицированную древесину, то она будет иметь пониженное сопротивление.

Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?

Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.

К примеру, при помощи карманного ножа можно определить, относится ли образец к числу менее или более твердых минеральных пород, значение которых по Моосу переваливает за 5-6. Вот таблица некоторых подручных предметов и степени их твёрдости, которые могут помочь в определении относительной твёрдости, а, соответственно, и типа минерала:

Прочность

Прочность древесины – это способность материала сопротивляться разрушению под воздействием нагрузок. Это свойство является одним из основных среди механических. Оно зависит от физического состояния и строения материала. При проведении испытаний прочность древесины определяется максимальным напряжением, которое материал выдерживает без разрушения.

У разных пород описываемая характеристика отличается. Например, у лиственницы при сжатии вдоль волокон предел прочности составляет 64,5 МПа. У сосны и ели – 48,5 МПа и 44,5 МПа соответственно. Если происходит скалывание вдоль волокон, то предел прочности у лиственницы будет равен 9,9, у сосны – 7,5, у ели – 6,9 МПа.

Особенности металла

Хром – металл 4 периода 6 группы побочной подгруппы. Атомный номер 24, атомная масса – 51, 996. Это твердый металл серебристо-голубоватого цвета. В чистом виде отличается ковкостью и вязкостью, но малейшие примеси азота или углерода придают ему хрупкость и твердость.

Хром часто относят к черным металлам за счет цвета его основного минерала – хромистого железняка. А вот свое название – от греческого «цвет», «краска», он получил благодаря своим соединениям: соли и оксиды металла с разной степенью окисления окрашены во все цвета радуги.

• В нормальных условиях хром инертен и не взаимодействует с кислородом, азотом или водой.
• На воздухе он сразу же пассивируется – покрывается тонкой оксидной пленкой, которая полностью перекрывает кислороду доступ к металлу. По той же причине вещество не взаимодействует с серной и азотной кислотой.
• При нагревании металл становится активным и вступает в реакции с водой, кислородом, кислотами и щелочами.

Для него характерна объемно-центрированная кубическая решетка. Фазовые переходы отсутствуют. При температуре в 1830 С возможен переход к гранецентрированной решетке.

Однако у хрома есть одна интересная аномалия. При температуре в 37 С некоторые физические свойства металла резко меняются: изменяется электросопротивление, коэффициент линейного расширения, падает до минимума модуль упругости и повышается внутреннее трение. Связано это с прохождением точки Нееля: при этой температуре вещество меняет свои антиферромагнитные свойства на парамагнитные, что представляет собой переход первого уровня и означает резкое увеличение объема.

Химические свойства хрома и его соединений описаны в этом видео:

Таблица со шкалой сравнения

Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.

Минералы и горные породы	Градация по Моосу	По Шрейнеру, МПа	Крепкость по шкале Кнупа, единиц	Твёрдость шлифования в воде по Розивалю	Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм²
Тальк	1	250―400	12	0,03	2,4
Гипс	2	32	1,25	40
Кальцит, мрамор, ангидрит	3	950―1400	135	4,5	110
Флюорит, доломит	4	2500―3200	160	5	190
Апатит, гранит	5	3000―3700	400	6,5	530
Ортоклаз, базальт	6	3900	500	37	790
Кварц, диабаз	7	6300	1250	120	1120
Топаз	8	1550	175	1430
Корунд	9	1900	1000	2060
Алмаз	10	8300	140000	10060

Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.

С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.

Наименование	Олово	Золото, серебро	Медь, бронза	Никель	Платина	Палладий	Титан	Вольфрам
Значение по градации	1,5	2,5―3	3	4	4,5	4,7	6	7,5

Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.

Классы прочности и их обозначения

Нормативными документами по механическим свойствам крепежных изделий введено понятие класс прочности металла и установлена система обозначения. Каждый класс прочности обозначается двумя цифрами, между которыми ставится точка. Первое число означает предел прочности, уменьшенный в 100 раз. Например, класс прочности 5.6 означат, что предел прочности будет 500. Второе число увеличено в 10 раз – это отношение предела текучести к временному сопротивлению, выраженному в процентах (500х0,6=300), т. е. 30 % составляет минимальный предел текучести от предела прочности на растяжение. Все изделия, используемые для крепежа, классифицируются по назначению применения, форме, используемому материалу, классу прочности и покрытию. По назначению использования они бывают:

• Лемешные. Их используются для сельскохозяйственных машин.
• Мебельные. Применяются в строительстве и мебельном производстве.
• Дорожные. Ими крепят металлоконструкции.
• Машиностроительные. Применяют в машиностроительной промышленности и приборостроении.

Механические свойства крепежных изделий зависят от стали, из которой они изготовлены и качества обработки.

Удельная прочность

Удельная прочность материала (формула ниже) характеризуется отношением предела прочности к плотности металла. Эта величина показывает прочность конструкции при данной его массе. Наибольшую важность она представляет для таких отраслей, как авиастроение, ракетостроение и производство космических аппаратов.

По величине удельной прочности сплавы из титана самые прочные из всех применяемых технических материалов. Титановые сплавы вдвое превышают удельную прочность металлов, относящихся к легированным сталям. Они не поддаются коррозии на воздухе, в кислотной и щелочной среде, не боятся морской воды и обладают хорошей теплоустойчивостью. При высоких температурах их прочность выше, чем у сплавов с магнием и алюминием. Благодаря этим свойствам их применение, как конструкционного материала, все время увеличивается и находит широкое использование в машиностроении. Недостаток титановых сплавов заключается в их низкой обрабатываемости резанием. Это связано с физическими и химическими свойствами материала и особой структурой сплавов.

Выше приведена таблица удельной прочности металлов.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают в результате длительного отжига белого чугуна. В результате данного процесса образуется графит хлопьевидной формы, который придает сплаву высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость. Свое название чугун получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкий чугун довольно прочный с высоким ударным сопротивлением. Из такого металла изготавливают детали для автотехники.

Сжатие древесины

Сжатие древесины может быть направлено вдоль или поперек волокон. В первом случае деформация выражена в укорочении образца. Разрушение начинается с продольного изгиба волокон, которое во влажных образцах из вязких и мягких пород проявляется как выпучивание боков и смятие торцов.

Средний предел прочности при сжатии вдоль волокон древесины составляет 500 кг/см2. Если же сжатие происходит поперек волокон, то прочность оказывается ниже в 8 раз. В этом случае не всегда есть возможность установить момент разрушения материала и определить величину разрушающего груза.

История вопроса

Метод определения устойчивости к царапанью минералов и соответствующая шкала появилась только в XIX веке. Основной вклад внёс учёный, именем которого и названа таблица – Карл Фридрих Моос.

Первые попытки

Ещё с древности философы и алхимики замечали, что минералы различаются между собой не только цветом, но и прочностью. Одни буквально крошатся в руках, а другие царапают даже металлы.

Учёные Средних веков пытались классифицировать камни по субъективным впечатлениям об их хрупкости. Затем стали применять напильник: им пытались распилить камень. Если это получалось, то минерал считался хрупким, если нет, твёрдым.

Так продолжалось до тех пор, пока в 1811 году Фридрих Моос не предложил определять прочность путём царапанья минералов образцами с известными показателями.

Заслуга Вернера

В 1722 г. математик из Франции Рене Реомюр, а в 1724 г. в Германии Абраам Вернер высказали идею царапать камни другим минералом, признанным наиболее твёрдым из всех пород. Но они не довели дело до конца, определяя прочность небольшого числа минералов. Систематизировать их Вернер стал не только по твёрдости, но и по цвету, запаху, весу и даже вкусу.

При его жизни все минералы делились на 4 группы:

1. Поддаются царапанью ногтем.
2. Не поддаются ногтю, но от ножа появляется царапина.
3. Не остается след от ножа и не появляются искры.
4. Металлический нож не оставляет следа, но под действием огнива появляются искры.

Позже именно этот способ царапанья минералов эталоном с известной прочностью лег в основу определения твёрдости Моосом. Таким образом, Вернера можно назвать идейным вдохновителем создателя таблицы, но вся слава досталась именно Моосу.
Интересно! По некоторым данным, Моос был учеником Вернера, который поделился с молодым учёным своими наблюдениями и вычислениями.

Высокопрочный чугун

Такой сплав имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность чугуна. Поэтому и название у него – высокопрочный.

Твердость

Такая характеристика, как твердость будет зависеть от породы. Древесина по этому параметру классифицируется на отдельные группы, среди них:

· материалы средней твердости;

· твердая как кость.

Твердость древесины определяется в Америке и Европе по разным шкалам. В России используется шкала Бринелля. У осины описываемый параметр составляет 4,1, у полевого клена – 4,2. Самая высокая твердость свойственна падуку, в данном случае она составляет 8.

Суть метода определения твердости заключается в вдавливании шарика в поверхность с силой 100 кг. По диаметру лунки и характеру повреждения определяется твердость. Если древесина имеет более высокий коэффициент твердости, то она окажется крепче и надежнее пород с меньшим показателем.

Знакомясь с механическими свойствами древесины, вы сможете понять, что изменения в твердости будут происходить во время работы с заготовками. Например, твердость будет меняться в зависимости от распила. Используя радиальный распил, вы почувствуете более высокую твердость, чем при тангенциальной обработке материала.

СТРУКТУРА

Две модификации кристаллической решетки железа

Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а0 = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a0 = 2,86). В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:

1. В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
2. В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
3. В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.

При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла. В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей. При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна

Предельный чугун.

Данный вид чугуна подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.

Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в сплаве, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.

Разница стали и чугуна заключается в том, что последний не поддается обработке путем сварки и ковки. Все изделия изготавливаются только путем литья.

Дополнительно о твердости

Это свойство говорит о способности материала сопротивляться внедрению тела определенной формы. У торцевой части твердость выше по сравнению с боковыми поверхностями у лиственных пород на 30 %, а у хвойных – на 40 %.

Все древесные породы по степени твердости разделяются на мягкие, твердые и очень твердые. У последних торцевая твердость превышает 80 МПа. К таким можно отнести:

Твердость обладает существенным значением при обработке режущими инструментами. Это касается и тех случаев, когда материал подвергается истиранию при устройстве лестниц и полов.

Древесина обладает еще и определенным уровнем износостойкости. Это указывает на способность сопротивляться износу и постепенному разрушению поверхностных зон. Это может произойти при трении. Испытания показали, что износ с боковых поверхностей больше, чем у основания торцевого разреза. С увеличением твердости и плотности износ уменьшается. У влажной древесины он больше, чем у сухой.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	железно-черный
Цвет черты	серый
Прозрачность	непрозрачный
Блеск	металлический
Спайность	несовершенная по
Твердость (шкала Мооса)	4,5
Излом	в зазубринах
Прочность	ковкий
Плотность (измеренная)	7.3 — 7.87 г/см3
Радиоактивность (GRapi)
Магнетизм	ферромагнетик

Способы изготовления чугуна и стали

Чугун изготавливают в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала закладывают кокс, а затем послойно агломерат и кокс. В нижнюю часть печи через специальные отверстия подается горячий воздух, обогащенный кислородом. Образование чугуна происходит за счет опускания железа в более горячую часть домны и растворения в нем углерода.

Сталь изготавливают из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.

Способность к удержанию металлического крепежа

Довольно важным свойством является способность материала удерживать крепления по типу скоб, шурупов и гвоздей. При забивании гвоздя возникают упругие деформации, обеспечивающие силу трения, которая препятствует выдергиванию. Усилие при этом в отношении гвоздя в торце меньше того, что прилагается к гвоздю, забитому поперек волокон.

ПРИМЕНЕНИЕ

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.

Молекулярный вес	55.85 г/моль
Происхождение названия	возможно англо-саксонского происхождения
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

Три способа, как отличить чугун от стали.

Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя следующими способами:

По излому (визуально). Его применяют для деталей, которые идут в лом или в качестве заготовок. На чугунном сломе виден матовый темно-серый оттенок, образовавшиеся трещины имеют выраженную структуру. Стальное изделие ‒ более светлое, поверхность глянцевая.

Сверление. При сверлении стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла и хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.

Шлифовка. После прохождения шлифовальной машиной на стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугунных изделий искр меньше, они короче, красноватого оттенка.

СВОЙСТВА

В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод. Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.

Переработка

Переработка древесины может осуществляться одним из нескольких способов, среди них:

Механическая технология переработки предусматривает изменение формы строганием, пилением, лущением, фрезерованием, точением, сверлением, раскалыванием, резьбой и измельчением. При механической обработке есть возможность получить товары народного потребления и промышленного назначения.

Древесина может быть подвергнута механическому истиранию, что позволяет получить волокнистые полуфабрикаты. Переработка древесины может вестись по химико-механической технологии. Это позволяет получить промежуточный продукт из материала, однородного по размерам и составу. Поверхность покрывается связующим веществом.

Под воздействием давления и температуры происходит реакция полимеризации связующего, в результате этого промежуточный древесный продукт склеивается. При такой переработке получаются:

Химическая переработка осуществляется методом термического разложения и воздействия: растворителей кислот, щелочей, кислых солей, сернистой кислоты. Эта технология называется пиролизом или термическим разложением. Сырье нагревается при высокой температуре без доступа кислорода. Это позволяет получить продукты в разных состояниях, среди них:

Наибольшее практическое значение из них имеет древесный уголь.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах. Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe3(PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты. Содержание железа в морской воде — 1·10−5-1·10−8 % В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3). Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс. Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха. Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.

Использование в целлюлозно-бумажном производстве

Если вас интересует вопрос о том, что делают из древесины, то вы можете ближе ознакомиться целлюлозно-бумажным производством. Оно предусматривает получение картона и бумаги, где используются волокнистые полуфабрикаты. Они представлены целлюлозой и древесной массой.

Для нужд такого производства используется примерно 93 % целлюлозы. Остальная часть выступает сырьем для химической переработки на ацетатное или искусственное вискозное волокно, бездымный порох, пластмассу, кинопленку, целлофан и другие продукты.

Переработка для получения древесноволокнистых плит

Если вы все еще интересуетесь вопросом о том, что делают из древесины, то должны знать, что в процессе переработки получаются плиты, которые нашли свое применение в малоэтажном стандартном домостроении, судо- и автомобилестроении, при производстве контейнеров, мебели и ящиков. Древесное сырье предварительно измельчается в мелкую щепу, что позволяет получить древесноволокнистые плиты.

Описание основных сортов хвойных пород и их применение

Хвойная древесина включает кедр, который является высокодекоративной культурой. Он применяется в ландшафтном дизайне, а характеристики этих пиломатериалов делают дерево самым востребованным в строительстве. Кедр является естественным антисептиком, поэтому в доме, выстроенном из этого сырья, будут отсутствовать бактерии.

Лиственница является листопадным хвойным деревом, наиболее прочным из распространенных хвойных лесоматериалов. Предел прочности составляет 105 Н/мм2. Благодаря этому сырье популярно при производстве досок для пола, вагонки и террасной доски. Издавна из лиственницы строили корабли. В ней высоко содержание смол, она обладает внушительной крепостью, поэтому сохраняет первоначальные характеристики под воздействием влажности.

Сосна уступает лиственнице по прочности – 100 Н/мм 2 . Но иногда это становится преимуществом, ведь обработке материал подается легче. Сосна – это универсальное сырье, из которого изготавливают половую доску, имитацию бруса и евровагонку.

Прочность ели ниже и составляет 80 Н/мм 2 . Но она отличается высокой пластичностью, поэтому распространена при производстве профилированных лесоматериалов. Сосна и ель имеют повышенную смолистость, которая играет защитную роль. Древесина не подвергается воздействию влаги, жучков и грибков. Это сырье обладает высокой податливости и легко обрабатывается.

Сосновые и еловые пиломатериалы выбираются для изготовления сложных и небольших конструкций по типу балконов и перил. Незначительная плотность позволяет пропитать брус и доски составом для увеличения прочности и долговечности. Если построить из ели или сосны загородный дом, то он будет готов простоять до 50 лет. Тогда как если использовать кедр, то срок службы здания увеличится в два раза.

Область использования легкого древа

Самой легкой древесиной является бальза. Она относится к семейству мальвовых и произрастает в Южной Америке. Из этого сырья был построен плот норвежского путешественника, на котором он совершил путь через тихий океан. Сверхлегкая древесина используется в авиационной промышленности в качестве материала для звуко- и теплоизоляции.

Применяется бальза в судостроении и судомоделировании. Сырье ложится в основу досок для серфинга. Используется для изготовления:

· оборудования для спасения на водах;

Легкость обусловлена быстротой роста. К пяти годам дерево становится взрослым. Крупные растения обладают прочной и легкой древесиной, которая считается самой легкой в высушенном состоянии. В свежесрубленном виде древесина тяжелая, так как содержит до 95 % воды. Материал быстро высыхает и становится плотным, довольно крепким и легким. При сравнении с популярной сосной конструкции из бальзы получаются более прочными, жесткими и легкими.

Бальза легко поддается обработке, но требует для этого специального инструмента с малым углом заострения и тонким лезвием. Окрашиванию детали из древесины подаются плохо, что особенно касается красок и лаков. Возможно использование смеси и на водной основе или составов в виде спиртовых протрав.

В заключение

В обыденной жизни древесина – это внутренняя часть дерева под корой. Для древесины наиболее важными и основными являются свойства по типу механических, физических и химических. Среди физических следует выделить влажность и внешний вид, а также тепловые и звуковые свойства. Древесина – это материал с анизотропными свойствами, которые не являются одинаковыми по направлению относительно волокон. Так, усушка вдоль волокон меньше, чем поперек.