چگونگی تعیین سختی کانی‌ها بر پایه سرشتیهای فیزیکی آنها

کوهساری, امیر حسین; فاتحی مرجی, محمد; مرشدی, امین حسین

چگونگی تعیین سختی کانی‌ها بر پایه سرشتیهای فیزیکی آنها

نویسندگان

دانشگاه یزد

چکیده

سختی کانیها یکی از ویژگیهای مهم فیزیکی آنهاست که برای تعیین آن روشهای مختلفی ارائه شده است. متداولترین این روشها جدول سختی موهس است که در آن سختی کانیها بیشتر کیفی و بدون یکا بوده و نسبت به هم سنجیده میشوند. در این مقاله با توجه به اهمیت تعیین دقیقتر سختی کانیها و تعیین یکای آنها روش جدیدی بر پایه سرشتیهای فیزیکی کانیها ارائه شده است. در این روش مبنا ضریب اصطکاک کانی است که با توجه به آن، عوامل مؤثر دیگری نظیر دما، نیروی عمود بر سطح، سختی سطوح، سرعت و راستای آن نیز مورد بررسی قرار میگیرند. نتایج آزمایشهای انجام شده در این بررسی نشان داد که سختیهای کانی ازطریق اصطکاک قابل بررسی است که به عواملی چون دما، نیروی عمودی بر سطح، سختی سطوح، سرعت و راستای سرعت بستگی دارد و سپس به رابطه مستقیم یا وارون این عوامل با ضریب اصطکاک پرداخته شده است. این روش که آن را روش سختی اصطکاک (Frictional Hardness) FHنامیدهایم با سه روش موجود؛ موهس، راکول، و نفوذی مقایسه شده است. برتریهای مهم روش FH عبارتند از: 1- دارا بودن یکا و بعد ویژه. 2- جدا سازی بهتر سختی کانیهای مختلف. 3- اینکه تعداد زیادی از کانیها به علت نزدیک بودن سختیهایشان در یک بازه سختی قرار نمیگیرند. در این روش، دمای بیشینه دارای اهمیت ویژهای است که میتوان آن را هم ازطریق روابط انرژی و گرما محاسبه کرد و هم با استفاده از دماسنجهای تماسی (ترموکوپل).

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of mineral hardness based on its physical properties

چکیده [English]

Hardness of a mineral is one of its important physical properties and several methods have been presented for its determination. Mohs hardness determination is the most versatile method by which the mineral hardness is determined somewhat qualitatively with respect to another mineral and has no unit. In this paper, because of the need to measure the mineral hardness more accurately and give a meaningful unit to it, a new method is proposed to determine the mineral hardness based on its other related physical properties. In the proposed method the coefficient of friction is taken as the base, where the effects of other related factors like temperature, normal force, surface hardness, velocity and its direction are considered and then the direct and inverse relations of these factors on the coefficient of friction are discussed. The new method (which is called as FH (Frictional Hardness) method) is also compared with the three existing methods i.e. Mohs hardness, Rockwell hardness (R) and Penetration hardness (p). The main advantages of the FH method are: (i) Hardness has a specific unit and dimension, (ii) The hardness of different minerals can be determined accurately so that they can be distinguished from each other in a better way, and (iii) A lot of minerals in which their hardness are very close to each other will not have equal hardness. Maximum temperature which is an important factor in FH hardness can be obtained through equations of heat and energy or it can be measured by a thermocouple.

کلیدواژه‌ها [English]

Hardness
Coefficient of Friction
Maximum Temperature
Velocity Vector

مراجع

[1] William S. C., "Hardness of Minerals and Rocks", University of Wisconsin-River Falls, (1998).

[2] Szwedzicki T., "Indentation Hardness Testing of Rock", Int. J. Rock Mech. and Min. Sci., 25 (1998) pp. 825-829.

[3] Will G., Perkins P. G., "A scientific Approach to Hardness: The Hardness of Diamond and Cubic Boron Nitride", Materials Letter 40 (1999) pp. 1-4.

[4] Low S., "Rockwell Hardness Measurement of Metallic Materials, NIST Recommended", Practice Guide, Special Publication (2001) pp. 960-965.

[5] Ullner C., Germak A., Doussai H. L., Morrell R., Reich T., Vandemeulen W., "Hardness Testing on Advanced Technical Ceramics", J. of the European ceramic Society 21 (2001) pp. 439-451.

[6] Kim H., Kim T., "Measurement of Hardness on Traditional Ceramics", J. of the European ceramic Society, 22 (2002) pp. 1437-1445.

[7] Gong J., Wu J., Guan Z., "Examination on the Indentation Size Effect in Low-load Wicker Hardness Testing of Ceramics", J. of the European ceramic Society 19 (1999) pp. 2626-2631.

[8] Hutchings I. M., "Friction and Wear of Engineering Materials", Tribology, Edward Arnold, London (1992) p. 273.

[9] Tian X., Tian S., "The Wear Mechanism of Impregnated diamond bits", Wear 177 (1994) pp. 81-91.

[10] Ersoy A., Waller M. D., "Wear Characteristics of PDC Pin and Hybrid Core Bits in Rock Drilling", Wear 188 (1995) pp. 150-165.

[11] Rabinowicz E., "Friction and Wear of Materials", John Wiley, (1995).

[12] Lide D.R. (ed.), "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 73rd ed., Boca Raton, Fla.: The Chemical Rubber Co., (1993).

[13] Gong J., Li. Y., "An Energy-balance Analysis for the Size Effect in Low-load Hardness Testing", J. of Material Science 35 (2000) pp. 209-213.

[14] Hatakeyama T., Liu Z. H., "Handbook of Thermal Analysis", John Wiley & Sons (1998).

[15] Barron T. H. K., White G. K., "Heat Capacity and Thermal Expansion at Low Temperatures", Kluwer Academic/Plenum Publishers (1999).

[16] Byrne C., Wang Z., "Influence of Thermal Properties on Friction Performance of Carbon Composites", Carbon 39 (2001) pp. 1789-1801.