材料性能大比拼之硬度,这些材料硬度你了解吗?

最近收到一些小伙伴的留言,让道哥写写材料的硬度,道哥便开始绞尽脑汁的构思该咋样写,写点啥呢!

首先让道哥给各位道粉介绍一下啥是硬度!

硬度,物理学专业术语,材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。固体对外界物体入侵的局部抵抗能力,是比较各种材料软硬的指标。

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硬度的起源

在硬度这个术语未被提出的时候,人们是怎么样判断物体的硬度的呢?

那时人们都是通过最简单的物理相撞的办法,相对的判断一下,相撞的物体哪个比较硬。

石头胜出

脑袋胜出

通过上述大量的实验研究,人们在撞碎脑袋之前总结出了一套硬度排行榜。

比如:1812年由德国矿物学家莫斯(Frederich Mohs)提出表示矿物硬度的一种标准。他利用的方法就是划痕法,先将试验前期撞脑袋得到的最硬材料“金刚石”,作为统一量具,将其制作成棱锥形金刚鉆针,然后刻划试验矿物,将矿物表面发生的划痕按深度分为10级,得到相对硬度。

莫斯分别测量了十种矿石,并定义了等级。滑石(talc)1级(硬度最小),石膏(gypsum)2级,方解石(calcite)3级,萤石(fluorite)4级,磷灰石(apatite)5级,正长石(feldspar;orthoclase;periclase)6级,石英(quartz)7级,黄玉(topaz)8级,刚玉(corundum)9级,金刚石(diamond)10级。这就是最早的硬度表,人们称为“莫氏硬度表”。

后来人们根据这一原理,不断的延伸,测量了各种材料的莫氏硬度。直到更加完善的现代硬度测量仪的出现之前,一直延用这一办法。

莫氏硬度标准最初是随意定出的,划痕的深浅很大程度上取决实验者的力气。莫氏硬度并不能精确地用于确定材料的硬度,例如10级和9级之间的实际硬度差就远大于2级和1级之间的实际硬度差,但方便实用。常用以测定天然矿物的相对硬度。

经过多年的完善,现在我们使用莫氏硬度计测量矿物质硬度的10种矿物质标准。莫氏硬度值并非绝对硬度值,而是按硬度的顺序表示的值。莫氏硬度计所测的相对硬度用1~10数字表示,根据实测情况,可分别用等于、大于、小于某硬度级别,表示样品莫氏硬度值或范围在肉眼鉴定矿物时,通常采用刻划法确定其硬度,并以“莫氏硬度计”中所列举的十种矿物作为对比的标准。

这里道哥也收集了一些其他的常见物体的硬度参考值:

人体组织莫氏硬度值对比:

部分金属莫氏硬度值对比:

各种树木詹氏硬度对比:

詹氏硬度是国际公认的木材硬度测试方法,衡量方法是用压力器将直径11.28毫米的钢珠压入木材中,深度达钢珠高度一半时所需要的载荷。

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现代硬度的测量方法

现代硬度的测量方法更加科学具体,其方法是用一定的载荷将规定的压头压入被测材料,根据材料表面局部塑性变形的程度比较被测材料的软硬。材料越硬,塑性变形越小。压入硬度在工程技术中有广泛的用途。压头有多种,如:一定直径的钢球、金刚石圆锥、金刚石四棱锥等。载荷范围也可分为几克力至几吨力(即几十毫牛顿至几万牛顿)。压入硬度对载荷作用于被测材料表面的持续时间也有规定。主要的压入硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度等。

道哥为了大家便于理解,把几种常见的硬度表示方法会列成表。

说到这里一定会有些小伙伴会问道哥,你说的是固体硬度吧!液体不是也有硬度吗?道哥表示这个小伙伴真是很机智呀。但是您讲的水硬度和道哥讲的硬度不是一个概念。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度,其中包括碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度,我们通常以碳酸钙浓度表示水的硬度,大致分为:

我国《生活用水卫生标准》规定,总硬度不易超过450mg/L,世界卫生组织推荐最佳饮用水硬度是170mg/L。小伙伴们自行对比一下自己家的水硬度吧。

说到这里,道哥已经把材料硬度这个概念描述清楚了哟,如果道粉们感兴趣的话,下一期道哥在给各位宝宝们带来材料的熔点,敬请期待!!

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