S tvrdim je materijalima teško raditi. Teško ih je rezati, strugati i izobličiti. S njima je također teško raditi. Ali što su oni?
Tvrdoća je mjera otpornosti čvrste tvari na razne vrste trajne promjene oblika kada se primijeni sila pritiska.
Neki materijali, poput metala, tvrđi su od drugih. Makroskopsku tvrdoću općenito karakteriziraju jake međumolekularne veze, ali ponašanje čvrstih materijala pod djelovanjem sile je složeno; stoga postoje različita mjerenja tvrdoće: tvrdoća ogrebotina, tvrdoća udubljenja i tvrdoća povrata.
U ovom ću članku objasniti što su tvrdi materijali i kako se koriste u građevinarstvu i drugim industrijama.
U ovom ćemo članku obraditi:
Što zapravo znači izraz "tvrdi materijal"?
Kada govorimo o tvrdim materijalima, mislimo na određenu vrstu materijala koji ima dosljedno svojstvo da ga je teško rezati, strugati ili deformirati. Definicija tvrdog materijala nije jedan skup podataka ili informacija koji se mogu naći u jednom dokumentu ili nizu dokumenata. Umjesto toga, zahtijeva prilagođeni skup metoda i smjernica za usklađivanje s relevantnim zahtjevima danog projekta ili iskopavanja.
Kako se mjeri tvrdoća?
Tvrdoću tvari diktira njezina kristalna struktura, koja je pravilna i često prilično "tijesna". To vrijedi za dijamante, staklo i druge tvrde materijale. Tvrdoća se mjeri korištenjem skupa standardnih metoda koje pokazuju razinu otpornosti materijala na kidanje, struganje ili rezanje. Neke od metoda koje se koriste za mjerenje tvrdoće uključuju:
- Mohsova ljestvica, koja ocjenjuje tvrdoću materijala na ljestvici od 1 do 10
- Rockwellova ljestvica, koja mjeri dubinu udubljenja napravljenog utiskivačem s dijamantnim vrhom
- Vickersova ljestvica, koja mjeri veličinu udubljenja napravljenog utiskivačem s dijamantnim vrhom
Kako se pripremaju tvrdi materijali
Tvrdi materijali često se pripremaju različitim metodama, ovisno o određenom materijalu i zahtjevima projekta. Neke uobičajene metode koje se koriste za pripremu tvrdih materijala uključuju:
- Rezanje dijamantskom pilom
- Brušenje dijamantnom brusilicom
- pjeskarenje
- Kemijsko jetkanje
Određena ograničenja i ugovori o klauzulama
Kada radite s tvrdim materijalima, važno je imati na umu da mogu postojati određena ograničenja ili klauzule koje određuju kako treba rukovati materijalom ili ga pripremati. Na primjer, mogu postojati ograničenja u količini drenaže koja se može dopustiti na određenom mjestu iskopavanja ili mogu postojati klauzule koje zahtijevaju korištenje određene vrste tvrdog materijala za određeni projekt.
Tvrdi naspram mekih materijala: što ih razlikuje?
Tvrde materijale karakterizira njihova čvrsta priroda i visoka otpornost na deformacije, dok se mekani materijali relativno lako deformiraju i preoblikuju. Neki uobičajeni primjeri tvrdih materijala uključuju čelik, beton i mort, dok su guma i srebro primjeri mekih materijala.
Magnetska svojstva
Druga ključna razlika između tvrdih i mekih materijala leži u njihovim magnetskim svojstvima. Tvrdi materijali, kao što su trajni magneti, imaju visoku koercitivnost i mogu se magnetizirati da proizvedu jako magnetsko polje. Meki materijali, s druge strane, imaju nisku koercitivnost i mogu se lako demagnetizirati.
Petlja magnetizacije
Petlja magnetizacije je grafikon koji prikazuje odnos između magnetskog polja i magnetizacije materijala. Tvrdi materijali imaju usku petlju histereze, što ukazuje na visoku koercitivnost i jaku magnetizaciju, dok meki materijali imaju široku petlju histereze, što ukazuje na nisku koercitivnost i slabu magnetizaciju.
Atomska struktura
Atomska struktura materijala također igra ulogu u određivanju njegove tvrdoće. Tvrdi materijali obično imaju visoko uređenu atomsku strukturu, s atomima poredanim u pravilan uzorak. Meki materijali, s druge strane, imaju neuređeniju atomsku strukturu, s atomima raspoređenim u polu-slučajnom uzorku.
Koristi
Svojstva tvrdih i mekih materijala čine ih prikladnima za različite primjene. Tvrdi materijali često se koriste u gradnji i proizvodnji, gdje su čvrstoća i izdržljivost važni. Mekani materijali, s druge strane, često se koriste u aplikacijama gdje su potrebni pokret i fleksibilnost, kao što su odjeća i obuća.
Sonorna svojstva
Tvrdi materijali također imaju tendenciju da budu zvučni, što znači da proizvode zvuk zvona kada ih udarite. To je zato što su atomi u tvrdim materijalima čvrsto zbijeni i mogu lako vibrirati. Meki materijali, s druge strane, nisu zvučni i ne proizvode zvuk zvona pri udarcu.
Istraživanje ogromnog svijeta tvrdih materijala
Tvrdi materijali su čvrste tvari koje se ne mogu lako deformirati ili preoblikovati. Sadrže atome koji su kompaktno raspoređeni u pravilnoj kristalnoj strukturi, što im daje njihova jedinstvena svojstva. Tvrdoća tvari određena je njezinom sposobnošću otpornosti na grebanje, rezanje ili struganje.
Razlike između tvrdih i mekih materijala
Razlike između tvrdih i mekih materijala su ogromne. Neke od ključnih razlika uključuju:
- Tvrdi materijali su čvrsti i ne mogu se lako deformirati ili preoblikovati, dok su meki materijali fleksibilniji i mogu se lako oblikovati ili oblikovati.
- Tvrdi materijali obično su izdržljiviji i dugotrajniji od mekanih materijala.
- Tvrdi materijali često se koriste u primjenama gdje su snaga i izdržljivost važni, dok se meki materijali često koriste u primjenama gdje su udobnost i fleksibilnost važniji.
Prilagođeni tvrdi materijali
Jedan važan aspekt tvrdih materijala je da se mogu prilagoditi specifičnim potrebama. Na primjer, promjenom kristalne strukture materijala, moguće je promijeniti njegovu tvrdoću, čvrstoću i druga svojstva. To omogućuje inženjerima i znanstvenicima stvaranje materijala koji su prilagođeni specifičnim primjenama.
Pristup tvrdim materijalima
Pristup tvrdim materijalima može biti izazov jer se oni često nalaze u zemlji ili drugim prirodnim materijalima. Međutim, napredak u tehnologiji olakšao je pronalaženje i vađenje tih materijala. Na primjer, tehnike rudarenja omogućuju nam pristup tvrdim materijalima poput dijamanata i željeza do kojih je nekoć bilo teško doći.
Pitanje tvrdoće
Pitanje tvrdoće važno je u mnogim različitim područjima. Razumijevanjem svojstava tvrdih materijala, možemo stvoriti jače, izdržljivije strukture, razviti nove alate za rezanje i abrazive te stvoriti prilagođene materijale za specifične primjene. Bilo da ste znanstvenik, inženjer ili ste jednostavno znatiželjni o svijetu oko sebe, proučavanje tvrdih materijala sigurno će vam dati mnoge odgovore i uvide.
Materijali koji se mogu pretvoriti u čvrste tvrde tvari
Neki prirodni elementi imaju sposobnost prerade u čvrste tvrde materijale. Na primjer:
- Željezo se može preraditi u kaljeni čelik, koji ima visoku razinu tvrdoće i čvrstoće.
- Bor se može preraditi u bor karbid, koji je jedan od najtvrđih materijala poznatih čovjeku.
- Srebro se može preraditi u čisto srebro, koje je tvrđe od čistog srebra.
Prilagođene formule
Neki se materijali mogu prilagoditi pomoću formula kako bi bili otporni na habanje, habanje, grebanje i rezanje. Na primjer:
- Mort se može miješati s različitim elementima kako bi se dobio betonski proizvod s jedinstvenim svojstvima.
- Guma se može preraditi kako bi se dobio proizvod visoke tvrdoće i snage.
Spremljena energija
Neki materijali imaju sposobnost pohranjivanja energije, što im omogućuje da se pretvore u tvrdu tvar. Na primjer:
- Led se može deformirati i preoblikovati kako bi se stvorila tvrda tvar zbog energije pohranjene u njemu.
- Kvarc se može ogrebati kako bi se stvorila zvučna tvar zbog energije sadržane u njegovim atomima.
Moderna obrada
Suvremene tehnike obrade omogućuju pretvorbu mekih materijala u tvrde tvari. Na primjer:
- Rezanjem i oblikovanjem različitih vrsta metala mogu se stvoriti proizvodi s različitim razinama tvrdoće i čvrstoće.
- Kroz proces koji se zove kaljenje, staklo se može pretvoriti u tvrdu tvar.
Široka uporaba i legitimni interes za tvrde materijale doveli su do razvoja banke članaka i dobavljača koji pristaju podijeliti svoje znanje i postavke. Sposobnost otpornosti na habanje, habanje, grebanje i rezanje naziva se tvrdoća, a to je svojstvo koje je vrlo traženo u mnogim različitim industrijama.
Zaključak
Dakle, eto ga - tvrdi materijali su oni koje je teško rezati, strugati ili iskriviti. Imaju jedan skup informacija o podacima, umjesto da zahtijevaju metode prilagođenog skupa. Oni su u skladu s relevantnim zahtjevima zadanim projektom, a tvrdoća iskopa može se mjeriti korištenjem Mohsove ljestvice, Rockwellove ljestvice i Vickersove ljestvice. Tvrdi materijali važni su za konstrukciju i proizvodnju, a mogu se koristiti za tvrdoću i trajnost. Također se koriste za udobnost i fleksibilnost, pa biste trebali istražiti golemi svijet tvrdih materijala.
Ja sam Joost Nusselder, osnivač tvrtke Tools Doctor, marketer sadržaja i otac. Volim isprobavati novu opremu, a zajedno sa svojim timom od 2016. stvaram detaljne članke na blogu kako bih vjernim čitateljima pomogao alatima i savjetima za izradu.
