S trdimi materiali je težko delati. Težko jih je rezati, strgati in popačiti. Z njimi je tudi težko delati. Toda kaj so?
Trdota je merilo, kako odporna je trdna snov na različne vrste trajnih sprememb oblike, ko deluje tlačna sila.
Nekateri materiali, kot je kovina, so trši od drugih. Za makroskopsko trdoto so na splošno značilne močne medmolekularne vezi, vendar je obnašanje trdnih materialov pod silo kompleksno; zato obstajajo različne meritve trdote: trdota praske, trdota vdolbine in trdota odboja.
V tem članku bom razložil, kaj so trdi materiali in kako se uporabljajo v gradbeništvu in drugih panogah.
V tem prispevku bomo obravnavali:
Kaj pravzaprav pomeni izraz "trd material"?
Ko govorimo o trdih materialih, mislimo na določeno vrsto materiala, ki ima dosledno lastnost, da ga je težko rezati, strgati ali popačiti. Opredelitev trdega gradiva ni en niz podatkov ali informacij, ki jih je mogoče najti v enem samem dokumentu ali seriji dokumentov. Namesto tega zahteva nabor metod in navodil po meri, ki ustrezajo ustreznim zahtevam danega projekta ali izkopavanja.
Kako se meri trdota?
Trdoto snovi narekuje njena kristalna struktura, ki je pravilna in pogosto precej »tesna«. To velja za diamante, steklo in druge trde materiale. Trdota se meri z nizom standardnih metod, ki kažejo stopnjo odpornosti materiala na trganje, strganje ali rezanje. Nekatere metode, ki se uporabljajo za merjenje trdote, vključujejo:
- Mohsova lestvica, ki ocenjuje trdoto materiala na lestvici od 1 do 10
- Rockwellova lestvica, ki meri globino vdolbine, ki jo naredi vdolbinec z diamantno konico
- Vickersova lestvica, ki meri velikost vdolbine, ki jo naredi vdolbinec z diamantno konico
Kako so pripravljeni trdi materiali
Trdi materiali so pogosto pripravljeni z uporabo različnih metod, odvisno od posameznega materiala in zahtev projekta. Nekatere pogoste metode, ki se uporabljajo za pripravo trdih materialov, vključujejo:
- Rezanje z diamantno žago
- Brušenje z diamantnim brusilnikom
- Peskanje
- Kemično jedkanje
Določene omejitve in pogodbe o klavzulah
Pri delu s trdimi materiali je pomembno upoštevati, da lahko obstajajo določene omejitve ali klavzule, ki določajo, kako je treba z materialom ravnati ali ga pripraviti. Na primer, lahko obstajajo omejitve glede količine drenaže, ki je lahko dovoljena na določenem mestu izkopavanja, ali pa obstajajo klavzule, ki zahtevajo uporabo določene vrste trdega materiala za določen projekt.
Trdi proti mehkim materialom: kaj jih loči?
Za trde materiale je značilna trdna narava in visoka odpornost na deformacije, medtem ko je mehke materiale sorazmerno enostavno deformirati in preoblikovati. Nekateri običajni primeri trdih materialov vključujejo jeklo, beton in malto, medtem ko sta guma in srebro primera mehkih materialov.
Magnetne lastnosti
Druga ključna razlika med trdimi in mehkimi materiali je v njihovih magnetnih lastnostih. Trdi materiali, kot so trajni magneti, imajo visoko koercitivnost in jih je mogoče magnetizirati, da ustvarijo močno magnetno polje. Mehki materiali pa imajo nizko koercitivnost in jih je mogoče enostavno razmagnetiti.
Magnetizacijska zanka
Magnetizacijska zanka je graf, ki prikazuje razmerje med magnetnim poljem in magnetizacijo materiala. Trdi materiali imajo ozko histerezno zanko, kar kaže na visoko koercitivnost in močno magnetizacijo, medtem ko imajo mehki materiali široko histerezno zanko, kar kaže na nizko koercitivnost in šibko magnetizacijo.
Atomska struktura
Atomska zgradba materiala prav tako igra vlogo pri določanju njegove trdote. Trdi materiali imajo običajno zelo urejeno atomsko strukturo z atomi, ki so razporejeni v pravilnem vzorcu. Po drugi strani pa imajo mehki materiali bolj neurejeno atomsko strukturo, z atomi, razporejenimi v polnaključnem vzorcu.
uporabljate
Zaradi lastnosti trdih in mehkih materialov so primerni za različne namene. Trdi materiali se pogosto uporabljajo v gradbeništvu in proizvodnji, kjer sta pomembni trdnost in vzdržljivost. Po drugi strani pa se mehki materiali pogosto uporabljajo v aplikacijah, kjer sta potrebna gibanje in prožnost, na primer pri oblačilih in obutvi.
Sonorne lastnosti
Trdi materiali so tudi zveneči, kar pomeni, da ob udarcu oddajajo zvonki zvok. To je zato, ker so atomi v trdih materialih tesno zapakirani in lahko zlahka vibrirajo. Po drugi strani pa mehki materiali niso zveneči in ob udarcu ne oddajajo zvonjenja.
Raziskovanje prostranega sveta trdih materialov
Trdi materiali so trdne snovi, ki jih ni mogoče zlahka deformirati ali preoblikovati. Vsebujejo atome, ki so kompaktno razporejeni v pravilno kristalno strukturo, kar jim daje edinstvene lastnosti. Trdota snovi je določena z njeno sposobnostjo odpornosti proti praskam, rezinam ali strganju.
Razlike med trdimi in mehkimi materiali
Razlike med trdimi in mehkimi materiali so velike. Nekatere ključne razlike vključujejo:
- Trdi materiali so trdni in jih ni mogoče zlahka deformirati ali preoblikovati, medtem ko so mehki materiali bolj prožni in jih je mogoče enostavno oblikovati ali oblikovati.
- Trdi materiali so običajno bolj trpežni in dolgotrajnejši od mehkih materialov.
- Trdi materiali se pogosto uporabljajo v aplikacijah, kjer sta pomembni trdnost in vzdržljivost, medtem ko se mehki materiali pogosto uporabljajo v aplikacijah, kjer sta bolj pomembna udobje in prilagodljivost.
Prilagojeni trdi materiali
Pomemben vidik trdih materialov je, da jih je mogoče prilagoditi posebnim potrebam. Na primer, s spremembo kristalne strukture materiala je mogoče spremeniti njegovo trdoto, trdnost in druge lastnosti. To inženirjem in znanstvenikom omogoča ustvarjanje materialov, ki so prilagojeni specifičnim aplikacijam.
Dostop do trdih materialov
Dostop do trdih materialov je lahko izziv, saj so pogosto v zemlji ali drugih naravnih materialih. Vendar je napredek tehnologije olajšal iskanje in pridobivanje teh materialov. Rudarske tehnike nam na primer omogočajo dostop do trdih materialov, kot so diamanti in železo, ki so bili nekoč težko dostopni.
Vprašanje trdote
Vprašanje trdote je pomembno na številnih različnih področjih. Z razumevanjem lastnosti trdih materialov lahko ustvarimo močnejše in trajnejše strukture, razvijemo nova rezalna orodja in abrazive ter ustvarimo prilagojene materiale za specifične aplikacije. Ne glede na to, ali ste znanstvenik, inženir ali preprosto radovedni o svetu okoli sebe, bo preučevanje trdih materialov zagotovo zagotovilo številne odgovore in vpoglede.
Materiali, ki se lahko pretvorijo v trdne trde snovi
Nekateri naravni elementi se lahko s predelavo spremenijo v trdne trde materiale. Na primer:
- Železo lahko predelamo v kaljeno jeklo, ki ima visoko stopnjo trdote in trdnosti.
- Bor je mogoče predelati v borov karbid, ki je eden najtrših materialov, kar jih človek pozna.
- Srebro je mogoče predelati v srebro šterling, ki je trše od čistega srebra.
Prilagojene formule
Nekatere materiale je mogoče prilagoditi s formulami, da so odporni proti obrabi, trganju, praskam in rezom. Na primer:
- Malto lahko mešamo z različnimi elementi, da ustvarimo betonski izdelek z edinstvenimi lastnostmi.
- Gumo je mogoče predelati v izdelek z visoko trdoto in močjo.
Skladiščena energija
Nekateri materiali imajo sposobnost shranjevanja energije, kar jim omogoča, da se spremenijo v trdo snov. Na primer:
- Led se lahko zaradi energije, shranjene v njem, deformira in preoblikuje v trdo snov.
- Kremen lahko spraskate, da ustvarite zvočno snov zaradi energije, ki jo vsebujejo njegovi atomi.
Sodobna obdelava
Sodobne tehnike obdelave omogočajo pretvorbo mehkih materialov v trde snovi. Na primer:
- Z rezanjem in oblikovanjem različnih vrst kovin lahko ustvarite izdelke z različnimi stopnjami trdote in trdnosti.
- S postopkom, imenovanim kaljenje, lahko steklo pretvorimo v trdo snov.
Široke uporabe in zakonito zanimanje za trde materiale so pripeljali do razvoja banke člankov in prodajalcev, ki soglašajo z deljenjem svojega znanja in nastavitev. Sposobnost odpornosti proti obrabi, trganju, praskam in rezom se imenuje trdota in je lastnost, ki je zelo iskana v številnih različnih panogah.
zaključek
Torej imate – trdi materiali so tisti, ki jih je težko rezati, strgati ali popačiti. Imajo en sam nabor informacij o podatkih, namesto da zahtevajo nastavljene metode po meri. Ustrezajo ustreznim zahtevam glede na projekt in trdoto izkopa je mogoče izmeriti z uporabo Mohsove lestvice, Rockwellove lestvice in Vickersove lestvice. Trdi materiali so pomembni za gradnjo in proizvodnjo ter se lahko uporabljajo za trdoto in vzdržljivost. Uporabljajo se tudi za udobje in prilagodljivost, zato bi morali raziskati obsežni svet trdih materialov.
Sem Joost Nusselder, ustanovitelj Tools Doctor, tržnik vsebine in oče. Rad preizkušam novo opremo in skupaj s svojo ekipo že od leta 2016 ustvarjam poglobljene članke na blogu, da zvestim bralcem pomagam z orodji in nasveti za izdelavo.
