Τα σκληρά υλικά είναι δύσκολο να αντιμετωπιστούν. Είναι δύσκολο να κοπούν, να ξύσουν και να παραμορφωθούν. Είναι επίσης δύσκολο να δουλέψεις μαζί τους. Τι είναι όμως;
Η σκληρότητα είναι ένα μέτρο του πόσο ανθεκτική είναι η στερεά ύλη σε διάφορα είδη μόνιμων αλλαγών σχήματος όταν εφαρμόζεται συμπιεστική δύναμη.
Ορισμένα υλικά, όπως το μέταλλο, είναι πιο σκληρά από άλλα. Η μακροσκοπική σκληρότητα γενικά χαρακτηρίζεται από ισχυρούς διαμοριακούς δεσμούς, αλλά η συμπεριφορά των στερεών υλικών υπό πίεση είναι πολύπλοκη. Επομένως, υπάρχουν διαφορετικές μετρήσεις σκληρότητας: σκληρότητα γρατσουνίσματος, σκληρότητα εσοχής και σκληρότητα επαναφοράς.
Σε αυτό το άρθρο, θα εξηγήσω τι είναι τα σκληρά υλικά και πώς χρησιμοποιούνται στις κατασκευές και σε άλλες βιομηχανίες.
Σε αυτήν την ανάρτηση θα καλύψουμε:
Τι σημαίνει στην πραγματικότητα ο όρος «σκληρό υλικό»;
Όταν μιλάμε για σκληρά υλικά, αναφερόμαστε σε ένα συγκεκριμένο είδος υλικού που έχει μια σταθερή ιδιότητα να είναι δύσκολο να κοπεί, να ξύσει ή να παραμορφωθεί. Ο ορισμός του σκληρού υλικού δεν είναι ένα ενιαίο σύνολο δεδομένων ή πληροφοριών που μπορούν να βρεθούν σε ένα μόνο έγγραφο ή σειρά εγγράφων. Αντίθετα, απαιτεί ένα προσαρμοσμένο σύνολο μεθόδων και καθοδήγησης για τη συμμόρφωση με τις σχετικές απαιτήσεις ενός δεδομένου έργου ή εκσκαφής.
Πώς μετριέται η σκληρότητα;
Η σκληρότητα μιας ουσίας υπαγορεύεται από την κρυσταλλική της δομή, η οποία είναι κανονική και συχνά αρκετά «σφιχτή». Αυτό ισχύει για τα διαμάντια, το γυαλί και άλλα σκληρά υλικά. Η σκληρότητα μετράται χρησιμοποιώντας ένα σύνολο τυπικών μεθόδων που υποδεικνύουν το επίπεδο αντίστασης που έχει ένα υλικό στο σχίσιμο, το ξύσιμο ή το κόψιμο. Μερικές από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της σκληρότητας περιλαμβάνουν:
- Η κλίμακα Mohs, η οποία βαθμολογεί τη σκληρότητα ενός υλικού σε μια κλίμακα από το 1 έως το 10
- Η κλίμακα Rockwell, η οποία μετρά το βάθος μιας εσοχής που δημιουργείται από μια εσοχή με μύτη με διαμάντι
- Η κλίμακα Vickers, η οποία μετρά το μέγεθος μιας εσοχής που δημιουργείται από μια εσοχή με μύτη με διαμάντι
Πώς παρασκευάζονται τα σκληρά υλικά
Τα σκληρά υλικά συχνά παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων, ανάλογα με το συγκεκριμένο υλικό και τις απαιτήσεις του έργου. Μερικές συνήθεις μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή σκληρών υλικών περιλαμβάνουν:
- Κοπή με πριόνι διαμαντιού
- Τρίψιμο με μύλο διαμαντιών
- Αμμοβολή
- Χημική χάραξη
Συμφωνίες καθορισμένων ορίων και ρητρών
Όταν εργάζεστε με σκληρά υλικά, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ενδέχεται να υπάρχουν καθορισμένα όρια ή συμφωνίες ρήτρας που καθορίζουν τον τρόπο χειρισμού ή προετοιμασίας του υλικού. Για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχουν όρια στην ποσότητα αποστράγγισης που μπορεί να επιτραπεί σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία εκσκαφής ή μπορεί να υπάρχουν συμφωνίες ρήτρας που απαιτούν τη χρήση συγκεκριμένου τύπου σκληρού υλικού για ένα δεδομένο έργο.
Σκληρά έναντι μαλακών υλικών: Τι τα ξεχωρίζει;
Τα σκληρά υλικά χαρακτηρίζονται από τη συμπαγή τους φύση και την υψηλή αντοχή τους στην παραμόρφωση, ενώ τα μαλακά υλικά παραμορφώνονται και αναδιαμορφώνονται σχετικά εύκολα. Μερικά κοινά παραδείγματα σκληρών υλικών περιλαμβάνουν χάλυβα, σκυρόδεμα και κονίαμα, ενώ το καουτσούκ και το ασήμι είναι παραδείγματα μαλακών υλικών.
Μαγνητικές ιδιότητες
Μια άλλη βασική διαφορά μεταξύ σκληρών και μαλακών υλικών έγκειται στις μαγνητικές τους ιδιότητες. Τα σκληρά υλικά, όπως οι μόνιμοι μαγνήτες, έχουν υψηλή καταναγκαστική ικανότητα και μπορούν να μαγνητιστούν για να δημιουργήσουν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Τα μαλακά υλικά, από την άλλη πλευρά, έχουν χαμηλή καταναγκασμό και μπορούν εύκολα να απομαγνητιστούν.
Βρόχος Μαγνητισμού
Ο βρόχος μαγνήτισης είναι ένα γράφημα που δείχνει τη σχέση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και της μαγνήτισης ενός υλικού. Τα σκληρά υλικά έχουν στενό βρόχο υστέρησης, που υποδηλώνει υψηλή καταναγκασμό και ισχυρή μαγνήτιση, ενώ τα μαλακά υλικά έχουν έναν ευρύ βρόχο υστέρησης, που υποδηλώνει χαμηλή καταναγκασμό και ασθενή μαγνήτιση.
Ατομική δομή
Η ατομική δομή ενός υλικού παίζει επίσης ρόλο στον προσδιορισμό της σκληρότητάς του. Τα σκληρά υλικά έχουν συνήθως μια εξαιρετικά διατεταγμένη ατομική δομή, με άτομα διατεταγμένα σε κανονικό σχέδιο. Τα μαλακά υλικά, από την άλλη πλευρά, έχουν μια πιο άτακτη ατομική δομή, με άτομα διατεταγμένα σε ένα ημι-τυχαίο σχέδιο.
μπορείτε να χρησιμοποιήσετε
Οι ιδιότητες των σκληρών και μαλακών υλικών τα καθιστούν κατάλληλα για διαφορετικές εφαρμογές. Τα σκληρά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά στην κατασκευή και την κατασκευή, όπου η αντοχή και η ανθεκτικότητα είναι σημαντικές. Τα μαλακά υλικά, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές όπου απαιτείται κίνηση και ευελιξία, όπως σε ρούχα και υποδήματα.
Ηχητικές ιδιότητες
Τα σκληρά υλικά τείνουν επίσης να είναι ηχητικά, που σημαίνει ότι παράγουν έναν ήχο κουδουνίσματος όταν χτυπηθούν. Αυτό συμβαίνει επειδή τα άτομα στα σκληρά υλικά είναι σφιχτά συσκευασμένα και μπορούν να δονηθούν εύκολα. Τα μαλακά υλικά, από την άλλη πλευρά, είναι μη ηχητικά και δεν παράγουν ήχο κουδουνίσματος όταν χτυπηθούν.
Εξερευνώντας τον απέραντο κόσμο των σκληρών υλικών
Τα σκληρά υλικά είναι στερεές ουσίες που δεν μπορούν εύκολα να παραμορφωθούν ή να αναμορφωθούν. Περιέχουν άτομα που είναι συμπαγή διατεταγμένα σε μια κανονική κρυσταλλική δομή, η οποία τους δίνει τις μοναδικές ιδιότητές τους. Η σκληρότητα μιας ουσίας καθορίζεται από την ικανότητά της να αντιστέκεται στο ξύσιμο, τον τεμαχισμό ή το ξύσιμο.
Διαφορές μεταξύ σκληρών και μαλακών υλικών
Οι διαφορές μεταξύ σκληρών και μαλακών υλικών είναι τεράστιες. Μερικές από τις βασικές διαφορές περιλαμβάνουν:
- Τα σκληρά υλικά είναι συμπαγή και δεν μπορούν εύκολα να παραμορφωθούν ή να αναδιαμορφωθούν, ενώ τα μαλακά υλικά είναι πιο εύκαμπτα και μπορούν εύκολα να καλουπωθούν ή να διαμορφωθούν.
- Τα σκληρά υλικά είναι συνήθως πιο ανθεκτικά και μακράς διαρκείας από τα μαλακά υλικά.
- Τα σκληρά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές όπου η αντοχή και η ανθεκτικότητα είναι σημαντικές, ενώ τα μαλακά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές όπου η άνεση και η ευελιξία είναι πιο σημαντικές.
Προσαρμοσμένα σκληρά υλικά
Μια σημαντική πτυχή των σκληρών υλικών είναι ότι μπορούν να προσαρμοστούν για να καλύψουν συγκεκριμένες ανάγκες. Για παράδειγμα, αλλάζοντας την κρυσταλλική δομή ενός υλικού, είναι δυνατό να αλλάξει η σκληρότητα, η αντοχή και άλλες ιδιότητές του. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους μηχανικούς και τους επιστήμονες να δημιουργούν υλικά που είναι προσαρμοσμένα σε συγκεκριμένες εφαρμογές.
Πρόσβαση σε σκληρά υλικά
Η πρόσβαση σε σκληρά υλικά μπορεί να είναι μια πρόκληση, καθώς συχνά περιέχονται στη γη ή σε άλλα φυσικά υλικά. Ωστόσο, η πρόοδος της τεχνολογίας έχει διευκολύνει την εύρεση και εξαγωγή αυτών των υλικών. Για παράδειγμα, οι τεχνικές εξόρυξης μας επιτρέπουν να έχουμε πρόσβαση σε σκληρά υλικά όπως τα διαμάντια και ο σίδηρος που κάποτε ήταν δύσκολο να τα προσεγγίσουμε.
Το ζήτημα της σκληρότητας
Το ζήτημα της σκληρότητας είναι σημαντικό σε πολλούς διαφορετικούς τομείς. Κατανοώντας τις ιδιότητες των σκληρών υλικών, μπορούμε να δημιουργήσουμε ισχυρότερες, πιο ανθεκτικές δομές, να αναπτύξουμε νέα εργαλεία κοπής και λειαντικά και να δημιουργήσουμε προσαρμοσμένα υλικά για συγκεκριμένες εφαρμογές. Είτε είστε επιστήμονας, μηχανικός ή απλά περίεργοι για τον κόσμο γύρω σας, η μελέτη των σκληρών υλικών είναι βέβαιο ότι θα δώσει πολλές απαντήσεις και ιδέες.
Υλικά που μπορούν να μετατραπούν σε στερεές σκληρές ουσίες
Ορισμένα φυσικά στοιχεία έχουν την ικανότητα να μετατρέπονται σε στερεά σκληρά υλικά μέσω της επεξεργασίας. Για παράδειγμα:
- Ο σίδηρος μπορεί να μετατραπεί σε σκληρυμένο χάλυβα, ο οποίος έχει υψηλό επίπεδο σκληρότητας και αντοχής.
- Το βόριο μπορεί να μετατραπεί σε καρβίδιο του βορίου, το οποίο είναι ένα από τα σκληρότερα υλικά που γνωρίζει ο άνθρωπος.
- Το ασήμι μπορεί να μετατραπεί σε ασήμι στερλίνας, το οποίο είναι πιο σκληρό από το καθαρό ασήμι.
Προσαρμοσμένες Φόρμουλες
Μερικά υλικά μπορούν να προσαρμοστούν μέσω τύπων για να μπορούν να αντιστέκονται στη φθορά, το σκίσιμο, το ξύσιμο και το κόψιμο. Για παράδειγμα:
- Το κονίαμα μπορεί να αναμιχθεί με διαφορετικά στοιχεία για να δημιουργηθεί ένα προϊόν σκυροδέματος με μοναδικές ιδιότητες.
- Το καουτσούκ μπορεί να υποστεί επεξεργασία για να δημιουργήσει ένα προϊόν με υψηλή σκληρότητα και αντοχή.
Αποθηκευμένη ενέργεια
Ορισμένα υλικά έχουν την ικανότητα να αποθηκεύουν ενέργεια, η οποία τους επιτρέπει να μετατραπούν σε σκληρή ουσία. Για παράδειγμα:
- Ο πάγος μπορεί να παραμορφωθεί και να αναμορφωθεί για να δημιουργήσει μια σκληρή ουσία λόγω της ενέργειας που αποθηκεύεται σε αυτόν.
- Ο χαλαζίας μπορεί να γρατσουνιστεί για να δημιουργήσει μια ηχητική ουσία λόγω της ενέργειας που περιέχεται στα άτομα του.
Σύγχρονη Επεξεργασία
Οι σύγχρονες τεχνικές επεξεργασίας επιτρέπουν τη μετατροπή μαλακών υλικών σε σκληρές ουσίες. Για παράδειγμα:
- Η κοπή και η διαμόρφωση διαφορετικών ειδών μετάλλων μπορεί να δημιουργήσει προϊόντα με διαφορετικά επίπεδα σκληρότητας και αντοχής.
- Μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται σκλήρυνση, το γυαλί μπορεί να μετατραπεί σε σκληρή ουσία.
Οι τεράστιες χρήσεις και το νόμιμο ενδιαφέρον για σκληρά υλικά οδήγησαν στην ανάπτυξη μιας τράπεζας ειδών και πωλητών που συναινούν να μοιραστούν τις γνώσεις και τις ρυθμίσεις τους. Η ικανότητα αντίστασης στη φθορά, το σχίσιμο, το ξύσιμο και το κόψιμο ονομάζεται σκληρότητα και είναι μια ιδιότητα που είναι ιδιαίτερα περιζήτητη σε πολλές διαφορετικές βιομηχανίες.
Συμπέρασμα
Οπότε, τα σκληρά υλικά είναι εκείνα που δύσκολα κόβονται, ξύνονται ή παραμορφώνονται. Έχουν ένα ενιαίο σύνολο πληροφοριών δεδομένων, αντί να απαιτούν προσαρμοσμένες μεθόδους συνόλου. Συμμορφώνονται με τις σχετικές απαιτήσεις δεδομένου ότι το έργο και η σκληρότητα της εκσκαφής μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας την κλίμακα Mohs, την κλίμακα Rockwell και την κλίμακα Vickers. Τα σκληρά υλικά είναι σημαντικά για την κατασκευή και την κατασκευή και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σκληρότητα και ανθεκτικότητα. Χρησιμοποιούνται επίσης για άνεση και ευελιξία, και έτσι θα πρέπει να εξερευνήσετε τον τεράστιο κόσμο των σκληρών υλικών.
Είμαι ο Joost Nusselder, ο ιδρυτής του Tools Doctor, έμπορος περιεχομένου και ο μπαμπάς. Μου αρέσει να δοκιμάζω νέο εξοπλισμό και μαζί με την ομάδα μου δημιουργώ σε βάθος άρθρα ιστολογίου από το 2016 για να βοηθήσω τους πιστούς αναγνώστες με εργαλεία και συμβουλές χειροτεχνίας.
