Dureco

Dureco aŭ malmoleco estas la mekanika rezistanco, kiun mola korpo kapablas kontraŭ pli dura korpo. Ankaŭ ĝi povas esti difinita kiel la kvanto da energio, kiun korpo eblas absorbi pro aplikita forto antaŭ rompiĝi aŭ deformiĝi. Kelkaj aliaj fizikaj ecoj rilataj al dureco estas la resilienco kaj duktileco.

La durec-mezuro de korpoj ebligas konkludojn pri kelkaj ecoj, depende de la speco de la korpo. Ekzemplo estas la eluziĝmaniero. Duraj okulvitroj malpli gratdifektiĝas, duraj dentradoj malpli rapide uzdifektiĝas. Je la elekto de eĝaj iloj kiel frezkapo aŭ rotaciĉizilo, la dureco havas gravan signifon, ĉar duraj iloj pli longe sin tenas akraj.

Metodoj de durec-ekzameno

En fiziko, kemio, geologio kaj scienco pri materialoj ekzistas kelkaj manieroj kaj metodoj por mezuri durecon de materialo. La plej uzataj estas jenaj:

Metodo de Brinell

Metodo de Brinell

La metodo estas proponita far la sveda inĝeniero Johan August Brinell. La bazo de ĝi estas mezuro de diametro de premsigno, kreita per premo de ŝtala globeto en surfacon de materialo. La dureco laŭ tiu skalo estas markita per HB kaj kalkulita laŭ jena ekvacio:

${\mbox{HB}}={\frac {2P}{\pi D({D-{\sqrt {(D^{2}-d^{2})}})}}}$

kie

• P = aplikita forto (en kgf)
• D = diametro de la globo (mm)
• d = diametro de premsigno (mm)

Plej ofte la diametro de globo estas 10 mm kaj la forto estas 3000 kgf. Por molaj materialoj oni ofte uzas pli malgrandajn fortojn.

La metodo estas neaplikebla, se la pristudata materialo estas pli dura ol la globo. Tial por pli duraj materialoj oni uzas volframan globon anstataŭ ŝtala. Se oni uzis volframon, oni markas la mezuron kiel HBW, se ŝtalon – HBS. En priskribo de materialoj oni skribas la rezulton de Brinell-testo kiel ekz. HBW 10/3000, kie la numero antaŭ oblikvo estas la diametro de la globo kaj la nombro post la oblikvo estas la aplikita forto en fortaj kilogramoj.

La Brinell-testo estas norma testo en inĝenierado kaj metalurgio. Ĝi estas regulita per la internaciaj normoj ISO 6506-1, 6506-2 kaj 6506-3.

Metodo de Rockwell

Metodo de Rockwell

Tiu metodo mezuras la durecon laŭ profundeco de premsigno por premo de metala globo aŭ diamanta konuso en la surfaco de la materialo. La dureco, mezurita per tiu metodo, markiĝas HR. Depende de la premforto, formo de premilo kaj kalkulaj koeficientoj ekzistas kelkaj skaloj de Rockwell: HRA, HRB, HRC ktp. ĝis HRT. Plej popularaj estas la unuaj tri:

Skalo	Mezurilo	Premforto en kgf
А	Diamanta konuso kun vertica angulo de 120°	60 kgf
В	Volframa globo kun diametro 1/16 de colo.	100 kgf
С	Diamanta konuso kun vertica angulo de 120°	150 kgf

${\mbox{HR}}=k-{\frac {H-h}{0,002}}$

kie:

• H – profundeco de premsigno post apliko de forto
• h – profundeco de premsigno antaŭ apliko de forto (plej ofte nulo, krom ĉe ege molaj materialoj)
• k – koeficiento de la skalo. Plej ofte ĝi egalas al 100 por konusa mezurilo kaj 130 por la globa.

Do, la maksimuma valoro de HR por ĉiu skalo estas k. Tre molaj materialoj povas havi negativajn valorojn de HR.

Ĉar la metodo de Rockwell estas pli simpla kaj facile aplikebla ol la metodo de Brinell, ĝi estas vaste uzata en industria inĝenierado. La internacia normo, kiu ĝin regulas, estas ISO 6508-1.

Metodo de Vickers

Metodo de Vickers

La metodo de Vickers estis inventita en la 1920-aj jaroj kiel perfektigo de la metodo de Brinell. Kiel mezurilo por ĝi estas uzata diamanta regula piramido kun kvadrata bazo kaj angulo inter la edroj egala al 136°. La dureco laŭ Vickers, markita kiel HV aŭ H_V, kalkulatas laŭ la ekvacio

$H_{V}={\frac {F}{A}}$

kie F estas la aplikita forto en kgf kaj A estas la proporcio inter la proksimuma areo de la premsigno kaj la bazo de la piramido:

$A={\frac {d^{2}}{2\sin(136^{\circ }/2)}}$

Notu, ke ĉar la premsigno ne nepre estas kvadrata, por d oni uzas ĝian diagonalon, sed ne flankolongon.

En praktika kalkulo oni plej ofte proksimumigas la sinuson:

$A\approx {\frac {d^{2}}{1,854}}$, kaj do $H_{V}\approx {\frac {1,854F}{d^{2}}}$.

Ĉar la angulo de piramido estas neakra, la premsigno plej ofte estas sufiĉe malprofunda. Pro tio la metodon de Vickers oni povas uzi por eĉ tre maldikaj tavoloj de materialo aŭ por materialoj, kies surfacoj estas durigitaj aŭ moligitaj. Por materialoj de malsama dureco oni uzas malsaman premforton kaj ankaŭ kelkiam malsaman premtempon. Pro tio la valoroj de dureco laŭ Vickers estas skribataj je du manieroj: xxxHVyy aŭ HVyy/tt–xxx, kie xxx estas valoro de Vickers mem, yy la premforto en fortaj kilogramoj kaj tt estas premtempo en sekundoj.

Dureco laŭ Mohs

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Mohs-skalo.

En mineralogio oni uzas la Mohs-skalon, kiun kreis germana mineralogo Friedrich Mohs en 1820. Ĝi mezuras la skrap-reziston de materialo. Je profesia nivelo, en minerologio oni preferas uzi la skalon de Rosiwal kaj la skalon de Knoop, ĉar ili permesas multe pli ekzaktajn mezurojn.

Dureco	Mineralo	Ĥemia komponado	Bor-dureco laŭ Jaggar	Polur-dureco laŭ Rosiwal
1	Talko, (Estas facile skrapebla per la ungo)	Mg3Si4O10(OH)2	--	0.03
2	Gipso, (Oni eblas skrapi ĝin per la ungo iomete pli malfacile)	CaSO4·2H2O	0.04	0.34
3	Kalcito, (Oni eblas skrapi ĝin per kupra monero)	CaCO3	0.26	4.50
4	Fluorito, (Estas skrapebla per tranĉilo)	CaF2	0.75	5.14
5	Apatito, (Oni eblas skrapi ĝin per tranĉilo iomete pli malfacile)	Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)	1.23	6.45
6	Feldspato, (Ĝi eblas skrapi per ŝtala klingo)	KAlSi3O8	25.00	36.80
7	Kvarco, (Ĝi skrapas la ŝtalon)	SiO2	40.00	117.00
8	Topazo,	Al2SiO4(OH-,F-)2	152.00	174.00
9	Korundo, (Nure skrapebla de diamanto)	Al2O3	1 000.00	1 000.00
10	Diamanto, (La plej dura natura mineralo)	C	--	140 000.00

Ekvivalento inter metodoj

La jena estas ekvivalenta tabulo inter la malsamaj metodoj por mezuri la dureco de la materialoj, ĝi estas proksimumada tabulo por ne-aŭstenitaj ŝtaloj je la Rockwell-C skalo.

Ekvivalento
$HB\Leftrightarrow HV$	$HB\approx 0{,}95HV$
$HRB\Leftrightarrow HB$	$HRB\approx 176-{\frac {1165}{\sqrt {HB}}}$
$HRC\Leftrightarrow HV$	$HRC\approx 116-{\frac {1500}{\sqrt {HV}}}$
$HV\Leftrightarrow HK$	$HV\approx HK$ (Nur por etaj premoj)
$R_{m}\approx cHB$
Ŝtalo (Fera-matrizo kuba centrita je la korpoo)	3,5
Cu kaj ĝiaj alojoj, hardigita	5,5
Cu kaj ĝiaj alojoj, "cold working"	4,0
Al kaj ĝiaj alojoj	3,7