Spis treści
Wykaz symboli................................ 5
1. Wprowadzenie............................... 7
2. Twardość w ocenie materiałów........................ 10
3. Wprowadzenie do krystalochemicznej teorii twardości minerałów i faz krystalicznych . 18
4. Metody pomiaru twardości i ich ocena porównawcza.............. 33
Rozwój i systematyka......................... 33
Porównawcze skale empiryczne.................... 38-
Statyczne metody badania twardości.................. 44
Dynamiczne metody badania twardości................. 76
Porównanie i współzależność wyników oznaczeń twardości poszczególnymi metodami ............................... 101
5. Wpływ składu chemicznego i fazowego oraz struktury i tekstury na twardość badanego materiału................................. 113
6. Zniszczenie mechaniczne materiałów pod obciążeniem i jego wpływ na interpretację pomiarów twardości............................. 132
Wpływ warunków obciążania na zmianę twardości........... 132
Zależność twardości od kruchości materiału i metody pomiaru kruchości 146
Wpływ temperatury na twardość.................... 153
Uwagi praktyczne.......................... 160
7. Anizotropia twardości............................ 164
8. Zastosowanie praktyczne metody ścieralności dynamicznej............ 173
Ocena ścieralności skał i minerałów.................. 175
Ocena ścieralności tworzyw ceramicznych................ 180
Ocena ścieralności kompozytów organiczno-nieorganicznych........ 192
Literatura.................................. 194
Tabele dodatkowe............................... 202
Skorowidz rzeczowy.............................. 222
1. WPROWADZENIE
Właściwy dobór metodyki badania twardości jest podstawowym problemem w petrotechnicznej ocenie minerałów, skał i produktów ich przeróbki technologicznej. W przemysłowych badaniach jakości wyrobów istnieje tendencja do wprowadzania metod nieniszczących, czyli takich, które nie pozostawiają na badanych materiałach defektów mogących wpływać na ich własności eksploatacyjne. Zastosowanie tych metod nie tylko przyczynia się do oszczędzania wyrobów, lecz pozwala również na zwiększenie częstości badań, a zatem i na lepszą kontrolę jakości. Fakt ten należy również brać pod uwagę przy wyborze metodyki określania twardości.
Własności mechaniczne stanowią wyjątkowo słabo poznaną dziedzinę fizyki minerałów. Nie jest możliwe dotychczas jednoznaczne określenie przynajmniej jednej własności mechanicznej większości znanych minerałów. Tylko niektóre z nich, np. diament, korund, kwarc, siarka, mają określone wszystkie parametry krystalomechaniczne.
Należy pilnie rozwinąć badania własności mechanicznych i deformacji minerałów, zwłaszcza badania próbek o niewielkich wymiarach (badania w mikroobszarze), traktując krystalomechanikę minerałów jako równie istotny, jak np. krystalooptyka i krystalochemia, dział mineralogii. Wiele w tym zakresie zrobiono w odniesieniu do instrumentalnych pomiarów twardości*', niemniej nadal wszystkie cytowane w literaturze dane budzą zastrzeżenia zarówno co do precyzji obciążania wgłębnika, jak i odczytu oraz interpretacji. Ostatnio J. S. Bojarska (1972) i I. P. Juszkin (1971) po raz pierwszy podjęli próbę wszechstronnej oceny twardości minerałów jako jednego z elementów ich charakterystyki krystalomechanicznej.
Do oceny twardości, stanowiącej podstawę charakterystyki mechanicznej materiału, powszechnie służy opracowana 150 lat temu przez F. Mohsa (1812)
10-stopniowa poglądowa skala twardości. Spełnia ona swoje zadanie do dziś ze względu na niezwykłą prostotę posługiwania się nią oraz właściwy dobór minerałów wzorcowych (ryc. 1). Szybki rozwój instrumentalnych metod badania twardości (wgłębniki diamentowe, twardościomierze) powoduje, że skala Mohsa sprawia wiele kłopotów wynikających z małego zróżnicowania wzorców
0 twardości większej od 5. Jednak dzięki pracom nad przystosowaniem skali Mohsa do badań instrumentalnych może ona być nadal stosowana.
Pierwotna metoda badania twardości, polegająca na rysowaniu materiału miększego materiałem twardszym, która posłużyła do ustalenia skali Mohsa, ma bardzo istotną zaletę. Jest nią wielokierunkowe działanie sił niszczących na badaną próbkę w odróżnieniu od sił działających wzdłuż jednego kierunku, występujących w metodach badania wytrzymałości na ściskanie lub rozciąganie, lub działających w kierunkach równoległych, jak przy badaniu wytrzymałości na zginanie. Dlatego też metoda badania twardości bardziej dokładnie
1 wszechstronnie niż inne metody określa własności mechaniczne materiału. Wynika z tego możliwość dalszego powiązania skali Mohsa i związanych z nią metod badania twardości z badaniami ścieralności. Są to metody Bohme-
go, Scotta, Mackensena i inne, które w odróżnieniu od poprzednich — statycznych — można nazwać dynamicznymi metodami badania twardości (tab. 11). W wielu przypadkach są one bardziej przydatne niż metody statyczne, gdyż warunki wykonywania badań są podobne do warunków, w jakich następuje niszczenie badanego materiału w czasie eksploatacji.
Rozszerzenie badań krystalomechanicznych jest konieczne wobec coraz większego zastosowania w przemyśle minerałów naturalnych i syntetycznych, wytwarzanych w postaci monokryształów, ziarn lub tworzyw polimineralnych. Oznaczanie twardości powinno dostarczyć także wielu cennych informacji o genezie minerałów. Autorzy widzą potrzebę zbadania własności mechanicznych wszystkich minerałów w celu uzyskania ich pełnej charakterystyki krystalomechanicznej, zbadania anizotropii własności minerałów oraz jej zależności od ich budowy i składu. Ustalenie typomorfizmu parametrów mechanicznych minerałów, jego związku z warunkami ich powstawania, a także zbadanie specyfiki występowania deformacji minerałów w warunkach naturalnych oraz mechanizmu tych deformacji pozwoliłoby na opracowanie ogólnej teorii własności mechanicznych kryształów.
Pomiary twardości materiałów kruchych, wykonywane często metodami bardzo różnymi pod względem sposobu oddziaływania na badany materiał, nie zostały dotychczas poddane właściwej analizie i ocenie, pozwalającej na prawidłową interpretację wyników pomiarów. Skłoniło to autorów do podjęcia próby wszechstronnego naświetlenia tych zagadnień w niniejszej książce. Jest ona adresowana głównie do pracowników laboratoriów przemysłowych oraz pracowników jednostek naukowo-badawczych posiadających przygotowanie teoretyczne na poziomie studiów wyższych. Może być ona również przydatna do ćwiczeń i zajęć seminaryjnych dla studentów mineralogii i fizyki ciała stałego.
W niniejszej książce autorzy dokonali przeglądu stosowanych aktualnie na świecie metod badania twardości, przedstawiając ich wady i zalety. W opisach metod nie zamieszczono toku postępowania przy wykonywaniu pomiarów, gdyż informacje te znajdzie Czytelnik w instrukcjach do przyrządów.
W rozdziałach 2 i 3 omówiono teoretyczne podstawy metod badania twardości. Pominięto klasyczną teorię wytrzymałości kryształów, gdyż Czytelnik może ją znaleźć w monografiach z zakresu fizyki i chemii ciała stałego. Rozdział 3 opracowano na podstawie pracy Twardość minerałów (A. S. Powarien-nych, 1963), w której wyjątkowo celnie wyeksponowane są elementy krystalo-chemicznej teorii twardości, szczególnie znajdujące zastosowanie w praktyce.
Zestawienie wyników badań ścieralności różnych materiałów, przedstawione w rozdziale 8, umożliwia Czytelnikowi zapoznanie się z zakresem problemów możliwych do rozwiązania w laboratoriach metodami badań opisanymi w książce. Załączone na końcu książki tablice oraz podawane w tekście liczne wyniki badań twardości materiałów różnymi metodami służyć powinny jako orientacyjny wskaźnik przy wyborze właściwej metodyki badania.
Liczne odnośniki do źródłowych opracowań ułatwiają Czytelnikowi
zorientowanie się w literaturze na dany temat oraz kierunkach prac prowadzonych przez poszczególnych badaczy. W wielu przypadkach cytowane są poglądy dyskusyjne, mogące budzić zastrzeżenia mineralogów. Rozwój instrumentalnych metod badania twardości następuje jednak od wielu lat głównie w laboratoriach przemysłowych i autorzy uważali za celowe przedstawienie kierunku, w jakim powinny być prowadzone dalsze badania. Dlatego też autorzy świadomie stosują określenie materiał a nie minerał, jako pojęcie o szerszym znaczeniu.
Autorzy mają nadzieję, że książka ta będzie pomocna w badaniach własności mechanicznych różnych materiałów i w jakimś stopniu przyczyni się do rozszerzenia badań twardości, a dzięki temu do bardziej wnikliwej oceny surowców i wyrobów.
Skorowidz rzeczowy
Abrazja 180
Anizotropia 9, 14, 16, 26, 35, 43, 50, 74
— optyczna 164
— twardości 164, 166, 168, 153
-------I rzędu (polarna) 166, 172
-------II rzędu (normalna) 166, 172
— strukturalna 116
Bębnowanie 80, 97, 98
Cechy wytrzymałościowe 82 Ceramika alundowa 124
— mullitowo-korundowa 182
— sanitarna 189
— steatytowa 126, 130 Czynnik strukturalny 125
Deformacja minerałów'7, 11, 15, 46, 74 76, 140, 164
— trwała 74
— chwilowa 74 •
— plastyczna 142, 146, 153, 147
— zniszczeniowa 141
— strukturalna 164 Devala bęben 175 Devala młyn 98
Dmuchawa Mackensena 8, 38, 80, 88, 93, 95, 98, 111, 128, 174, 175, 179, 180, 184, 185
— Mackensena — Zeissa 111, 182
— strumieniowa 175 Dyslokacja 164
Ek 19
Elastyczność 106, 108 Elektroujemność 22, 25, 26 Elementarna komórka sieciowa 114
Gęstość ciała stałego 157 Grafityzacja wgłębnika 156 Granica plastyczności 12
Hybrydyzacja 25
Identyfikacja faz 74 Interferencja 66 Interferometr 63 Izolinie twardości 116
Kamionka 80, 85, 175, 193
Kąt ścieralności materiału 83
Kierunek krystalograficzny 92, 164, 166,
168, 172, 173, 179 Komora piaskowa 85, 86, 185—188, 190,
193, 194
Kompozyty 11, 192 Korozja naprężeniowa 137, 138 Konwalencyjność 22, 26, 33 ' Kruchość 98, 106—109, 135, 141, 146,
148—153, 164 Kruszywo 174 Krystalochemia 7, 33 Krystalooptyka 7 Kryształy wzorcowe 85 Krzywa ścieralności 83, 95, 98
— zmęczeniowa 140
Liczba Loszmidta 115 Lupa ewolwentowa 52
Łamliwość 98, 106—109, 135, 141, 146,
148—153, 164 Łupliwość 35, 98
Makroanizotropia mechaniczna 180 Makrodiagnostyka 43 Makrotwardość 11 Materiały budowlane 179
— drogowe 179
— hartowane 74
— izomorficzne 125
— izotropowe 12
— kruche 10, 55, 56, 61, 77, 81, 104, 134, 137, 139, 140, 142, 146, 152, 153
Materiały miękkie 53, 55, 56, 85, 113 Metody uderzania wgłębnikiem 98, 100—
— monokrystaliczne 137 —103
— monolityczne 87 -----------, skleroskopu Shore'a 38, 100,
— monopierwiastkowe 202 102, 103
— naturalne 137 -----------, metody udarowe 101
— niejednorodne 56, 57 — — —, duroskopu 101
— nieplastyczne 137, 146 -----------, mikroudarowe 101
— odprężalne 76 — wgniatania 35
— plastyczne 47, 56, 74, 104, 107 -------, Brinella 35, 36, 38, 50, 51, 55 56
— polikrystaliczne 104, 137 76, 78, 101—103
— poliziarniste 69 -------, Grodzińskiego 37, 170
— porowate 81, 85, 93, 113 -------, Knoopa 37, 91, 96, 104, 127, 133
— posadzkowe 174 135, 160, 169
— pólkruche 10, 104 -------, Rockwella 50, 52, 53, 56, 102, 126,
— półprzewodnikowe 123 127
— skalne 174 -------, Vickersa 36, 37, 47, 50, 55, 56
— syntetyczne 41, 49 74, 81, 96, 101—104, 106, 109, 111,
— sztuczne 137 126. 127, 133, 135, 150, 157, 160, 162,
— ścierające 86, 97, 109, 150, 193 171—173, 175
— ścierne 57 Mezosklerometr 35
— twarde 55, 56, 85, 157 Mikrojednorodność 123
— warstwowe 83 Mikropłynięcie plastyczne 137
— wieloskładnikowe 125 Mikrosklerometr 35
— zwarte 85 Mikrospękania 77, 86, 137, 140
Metale 99 Mikrotwardość 11
Metody mikroskopowe 160 Minerały anizodesmiczne 29, 30
— rysowania 44—50, 101—106, 144, — izodesmiczne 26, 29, 30
171—173 — naturalne 9, 32
-------, Berkowicza 37, 47, 96 — nitkowe 32
-------, Bierbauma 47, 48 — syntetyczne 9, 32
— —, Dawidenkowa 45—47 — warstwowe 83
-------, Chruszczowa — Powariennycha 48, — wzorcowe 92
49 — złożone 19, 26
-------, Martensa 44, 45 Moduł sprężystości 146
— ścierania stykowego 76, 137, 140. 142 Moduł Younga 13, 106, 153, 155, 164
-----------, Blondela 77, 78 Monokryształy 9, U, 46, 50
-----------, Bóhmego 77—79, 103, 104, 175,
179, 180 -----------, Harveya i McGee 77, 78 -----------, Holmquista 76, 78 -----------, Mindta 77—79, 103 -----------, PfafTa 76 Naprężenie 106, 137 — dyslokacyjne 144 — elastyczne 137 — normalne 13, 15
-----------, Rosivala 76 — styczne 13, 15
— — —, Sieversa 77 — wewnętrzne 86, 146
-----------, suchego tarcia 77, 78 — ścierania uderzeniowego 36, 80, 86 92, 93, 101, 104, 111, 130, 131, , 88, 173, Narzędzia ścierne 184 Nasiąkliwość 185 Niesprężystość 137
175, 180, 182, 190, 192—194
-----------, bębnowa Devela 80, 97, 98, Ocena petrochemiczna 179, 180
174, 175 Odkształcenie 74, 76, 106, 137, 146, 152
-----------, dmuchawy Mackensena 8, 38, — sprężyste 162, 164, 192
80, 84—86, 88, 95, 96, 109, 175 Odlewv ffininwp 81
179—180, 182, 193 Odmiany minerałów 168
-----------, wieży Scotta 8, 80, 81, 111, — polimorficzne 168
152, 192 — politypowe 168
Odprężenie 76, 108, 146, 148 Skały laminowane 179 Ścieranie 8, 35. 76, 78, 80—83, 91, 92, Twardość według Woodella 38, 41
Orbitale elektronowe 1.S __Titp 104 \\\ 1X0 95—98, 101, 104, 106, 108, 109, 113, Tworzywa agatopodobne 92
Orientacja krystalograficzna 146 — monomineralne 175, 178 173 — ceramiczne U, 53, 77, 78, 87, 107,
— naturalne 174, 193 Ściernica 174 146, 174, 175, 181, 184
Pękanie zmęczeniowe 137 — polimineralne 11 — ceramiczna 79 — elastyczne 76
Piła diamentowa 93 — średnioziarniste 53, 85 — stalowa 79 — jednorodne 188
Plastyczność 146 — wykładzinowe 100 Ścierniwo 104, 113, 156 — kamionkowe 185—187, 189, 190
Płytki wzorcowe 85 Sklerometi 34, 35, 49, 104 Ściskanie 57, 155 — krzemianowe 193
Podatność sprężysta 18 Skleroskop Shore'a 98, 100, 102 < — mikrokrystaliczne 128
Porcelana izotropowa 182 Skład chemiczny 113, 124, 125 Tarcza Bóhmego 35, 77, 85, 103, 113, — mineralne 80, 157
— korzecka 180, 184 Skład fazowy 173, 181 158, 174, 175, 179, 180 — niejednorodne 185
— ogniotrwała 182 Spękania 179 Tarcze ścierne 93, 109 — ogniotrwałe 79, 80
— stołowa 182 — Griffitha 86, 137 Tekstura 173 — organiczne 76
—¦ szkliwiona 182 — włoskowate 106 — materiałów 85 — poliestrowe 192
— szlachetna 181 Spiekanie 159, 160 — skal 113 — polimineralne 9
— twarda 180, 184 Spoina międzykrystaliczna 128 — ziarn 98 — steatytowc 91
Potencjał chemiczny 138 — międzyziarnowa 128 Tenzor napięcia 15 — trudnotopliwe 147
— jonizacji 22 Spoiwo ceramiczne 109 — odkształcenia 16 Typomorfizm 9
— jonowy Cartledge'a 22 Stałe elastyczności 17 Twardości badanie dynamiczne 9
— termodynamiczny 138 — gazowa 137 -------powierzchniowe 116, 141 Warstwa Beilby'ego 37, 38, 144
Prasa hydrauliczna Brinella 52 — sieciowa 20, 26 -------statyczne 8 — pośrednia 104, 106
Prawo Hoocke'a 12—14 — składowe 117 -------złożone 28 — powierzchniowa 137, 141, 185
— Vegarda 114, 117 — twardości 17 Twardościomierze Brinella 52, 56, 102 Wek 19
Profil wietrzeniowy 180 Stopień anizodesmiczności 166 — mikroskopowe 60, 64, 161 Wgłebnik Berkowicza 8, 37, 47, 57, 61,
Przemiany fazowe 119 — anizotropii 166 — Rockwella 53, 54 67
— diagenezy 180 — Vickersa 87 — Bierbauma 8, 47, 48
Refrakcia molarna szkła 1 I 5 — kruchości 98, 109, 135, 141, 146, , ,, , . --. — Grodzińskiego 8, 57, 171 — Hannemana 8
Rekrystalizacja 109 148—152, 160 i wardosC Korygowana ij*. — kryształów prostych 20, 168
Rozetka dyslokacyjna 143 — porowatości 181, 185 — metali 119 — Knoopa 8, 37, 41, 43, 57, 66, 67, 140,
Rozkład naprężeń 106 — spójności 33, 83 — półprzewodników 119, 123 168, 171
Roztwór stały ścierniwa 114 — utwardzenia warstwy powierzchniowej — teoretyczna 97, 117, 172 — Vickersa 8, 36, 37, 43, 47, 56, 57, 63,
Rozwarstwienie kryształu 84 193 — zaawansowania wietrzenia 179, 193 — wyrobów sanitarnych -------fajansowych 190 66, 67, 109, 129, 134, 140, 146, 147, 149, 152, 171
Scotta wieża 8, 80, 104, 106, 111 Strefy dyfuzji 74 -------półporcela nowych 190 Wiązania atomowe (homeopolarne, kowa-
Sferowość twardości 199 Struktura materiału 16, 17,*55, 56, 74, 85, — obliczona 20, 173 lencyjne) 21, 25
Sieć krystaliczna 113 153 87, 96, 99, 109, 124, 131, 141, 153, __minerałów anizodesmicznvch 30 — jonowe (heteropolarne) 21
t7lvv lv 1. j O lulŁW 157, 173, 179 LI Itl lvi Cl P V T ™ C4 iii Ł- WH^-J1 ' ' 9 ^-"Ł-1 *J w ¦ * ^^ — minerałów izodesmicznych 26 — międzywarstwowe (Van der Waalsa) 30
— kohezyjne 137 — ciągła 87, 96 — według Berkowicza 48, 67 Wietrzenie 179
—¦ międzyatomowe 172 — jednorodna 87 — — Bierbauma 48 Własności eksploatacyjne 7, 35, 57, 115,
— odprężeniowe 146 — krystaliczna 87, 115, 118, 144 -------Bóhmego 179 192
— skupione 11 — porowata 93 -------Brinella 50, 51, 102, 218 — krystalograficzne 164
— styczne 45 — powierzchni 146 -------Chruszczowa 38, 43, 86, 88, 93 — sprężyste 106
— ścinające 141 — warstwowa 166, -------Dawidenkowa 46 — techniczne 87, 153, 174, 193
— wiązań w kryształach 93, 113 — włóknista 166, -------Grodzińskiego 171 — zmęczeniowe 140
Skala twardości Chruszczowa 38, 88 — ziarnista 87, 155 -------Hanemanna-Vickersa 174 Wrostki heterogeniczne 124, 126
-------Mohsa 7, 8, 19, 30, 33, 36, 43, 48, Szkliwa ceramiczne 104, 106—108, 180— -------Knoopa 117 Współczynnik anizotropii 166
88, 93, 96, 98, 102, 111, 130, 131, —182 -------Mackensena-Mohsa 88, 175, 179, — gęstości ułożenia atomów 20
168, 173, 182, 185, 193 — fajansowe 80, 101 182, 185 — krytyczny koncentracji naprężenia 140
-------Wooddella 38, 41 — porcelanowe 107, 180, 181 -------Mohsa 88, 103, 106, 182, 185 — obrabialności 174
Skały 77, 78, 80, 87, 93, 98, 102, 103, 174 — porcelitowe 107 -------Ridgway'a 38, 41 — osłabienia wiązania 20, 21
— chalcedonowe 104, 105 Szkło rekrystalizowane 185 -------Rockwella 53—55, 102, 218, — pełzania materiału 136
— drobnoziarniste 53, 55 — taflowe 85, 86, 91, 104, 189 221 — Poissona 151
— grubokrystaliczne 185 Ścieralność 8, 35, 76, 80—83, 87, 93, 95, -------Shore"a 100, 102, 218 — rozszerzalności 156
— gruboziarniste 85, 93, 184 96, 104, 106—109, 113, 151, 152, 175, -------Vickersa 48, 57, 88, 93, 102, 106, — strukturalny 18, 19
— kryptokrystaliczne 179 178, 179, 189, 192 179, 218, 221 — tarcia 46
Współczynnik twardości 48 Wytrzymałość na zginanie 174
— utwardzania powierzchni 186 -------zgniatanie 174
— wytrzymałości wiązania 20, 25, 26, 29 Wzorzec mineralny 85
— załamania światła 115
Wyroby ścierne 188 Zawartość fazy szklistej 180
Wytrzymałość 8, 12, 34, 35, 77, 80, 81, Zdolność ścierania 104
109, 128, 141, 151, 153, 155, 180 Ziarna krystaliczne 104 .
— kohezyjna 138 — ścierające 91, 97
— na ścieranie 157, 174, 194 — ścierne 83, 86, 91, 109, 131, 156, 157 -------ściskanie 155 Zwartość minerału 87
WIELKOŚĆ 20X14CM,TWARDA OKŁADKA,LICZY 226 STRON,127 RYS.,61 TABEL.
STAN:OKŁADKA DB,ZAGIĘCIE GRN.ROGU KARTKI 11-12,BRAK DLN.ROGU KARTKI TYTUŁOWEJ,POZA TYM STAN W ŚRODKU DB/DB+ .
KOSZT WYSYŁKI WYNOSI 9 ZŁ - PŁATNE PRZELEWEM /PRZESYŁKA POLECONA EKONOMICZNA + KOPERTA BĄBELKOWA.W PRZYPADKU PRZESYŁKI POLECONEJ PRIORYTETOWEJ PROSZĘ O DOPŁATĘ W WYSOKOŚCI 3ZŁ.KOSZT PRZESYŁKI ZAGRANICZNEJ ZGODNY Z CENNIKIEM POCZTY POLSKIEJ / .
WYDAWNICTWO GEOLOGICZNE WARSZAWA 1976,NAKŁAD 1120 EGZ.
INFORMACJE DOTYCZĄCE REALIZACJI AUKCJI,NR KONTA BANKOWEGO ITP.ZNAJDUJĄ SIĘ NA STRONIE "O MNIE" ORAZ DOŁĄCZONE SĄ DO POWIADOMIENIA O WYGRANIU AUKCJI.
PRZED ZŁOŻENIEM OFERTY KUPNA PROSZĘ ZAPOZNAĆ SIĘ Z WARUNKAMI SPRZEDAŻY PRZEDSTAWIONYMI NA STRONIE "O MNIE"
NIE ODWOŁUJĘ OFERT KUPNA!!!
ZOBACZ INNE MOJE AUKCJE
ZOBACZ STRONĘ O MNIE
![]()