Твердость
ТВЁРДОСТЬ горных пород (а. rock hardness; н. Gesteinsfestigkeit; ф. durete des roches, durete des terrains; и. dureza de rocas, solidez de rocas, firmeza de rocas) — свойство горных пород оказывать сопротивление внедрению в них других тел при сосредоточенном контактном силовом воздействии.
Твердость — характеристика горных пород, отражающая их прочность. В зависимости от предназначения величина твердости определяется различными методами. При использовании метода царапания по поверхности горных пород перемещают острый алмазный наконечник или эталонный минерал (см. Мооса шкала). В качестве меры твердости принимают величину усилия, с которым протягивается наконечник, ширину и объём царапины. В методах сверления твердости определяют по показателям взаимодействия сверла и породы. Меры твердости в этом случае: объёмная работа разрушения, величина крутящего момента и др.
По методу Ф. Пфаффа и твердости А. Джаггара используют алмазные наконечники, по методу А. М. Янчура и А. М. Кульбачного — резцы, армированные твёрдыми сплавами. Распространено также определение твердости по высоте отскока бойка с алмазным наконечником, сбрасываемого на поверхность горных пород с фиксированной высоты (метод А. Ф. Шора). В современной практике широко используют методы вдавливания инденторов в исследуемый образец. При этом твердости определяют методами Ю. Бринелля, С. Роквелла и др., апробированными в металловедении.
В горном деле практическое применение имеет показатель твердости, определяемый по методу Л. А. Шрейнера путём выкола лунки в шлифованной поверхности породы под действием нагрузки, приложенной к штампу с плоским круглым основанием. Численное значение твердости представляет отношение максимальной силы, действующей на штамп в момент выкола лунки, к площади контактной поверхности. Аналогичным путём определяют контактную прочность по методу Л. И. Барона и Л. Б. Глатмана. Отличие заключается в том, что индентор вдавливают в естественную (необработанную) поверхность породы. Установлено, что контактная прочность на 30% меньше твёрдости по Л. А. Шрейнеру, которая в свою очередь в 5-20 раз превышает прочность породы при одноосном сжатии.
Показатели твердости используют при проектировании средств механизации горных работ, оптимизации режимов эксплуатации породоразрушающих органов, обосновании нормативов производительности различных конструкций инструментов и т.д.
www.mining-enc.ru
Определение твердости горных пород
16.07.2018Определение твердости горных пород
Твердость горных пород и минералов – одно из самых важных эксплуатационных качеств. Особенное значение эта характеристика имеет в строительстве – чем тверже камень, тем он больше ценится. Чтобы сравнить разные материалы по этому параметру, будь то обычный бетон или самый прочный габбро, учеными придуманы несколько систем. Наиболее известная из них – шкала Мооса. Но мало кто знает, что это всего лишь одна из самых грубых и весьма примитивных систем, сравнивающая только по принципу: этот материал мягче, чем тот, но тверже, чем другой. Для более точных измерений существуют множество других, более продвинутых методик.
Итак, сегодня в науке применяются такие способы:
- Шкала Мооса.
- Определение твердости по Бринеллю.
- Твердость по Шоору.
- Шкала Протодьяконова.
- Твердость по Виккерсу.
- Методика Роквелла.
- Измерение склерометром.
Шкала Мооса или минералогическая шкала твердости
Этот простой и остроумный способ был предложен немецким геологом Карлом Фридрихом Моосом в 1811 году. Ученый выбрал 10 эталонных материалов и каждый строительный материал или природный материал определяется на твердость в сравнении с ними. Самым твердым Моос выбрал алмаз, самым мягким – тальк. Для сравнения используется метод царапанья. Числовое значение твердости определяется положением минерала между двумя эталонными образцами: один из них царапается более твердым эталоном, и одновременно, им можно поцарапать более мягкий образец. Например, твердость габбро по шкале Мооса составляет 7,1-7,2, то есть, он расположен между кварцем, который может поцарапать и топазом, который царапает саму породу габбро диабаз. Поэтому эта порода отлично подходит для строительных работ, в частности, из нее делается брусчатка и плиты мощения. А вот черный гранит имеет твердость ниже. Китайский Шанкси Блэк по шкале имеет значение чуть больше 6, а более качественный индийский гранит Абсолют Блэк приближается по значению к показателю 7. Поэтому его редко применяют для мощения, а больше как фасадный гранит.
Склерометрия
Этот метод предшествовал шкале Мооса и тоже основан на определении твердости методом царапанья материала. Склерометр, или его еще называют твердометром, которым выполняют царапанье, был изобретен также немцем – Зеебеком в 1833 году. Его длительное время применяли для выявления относительной твердости по шкале Мооса. Сейчас для этой цели используют другие способы.
Твердость по Бринеллю
Этот способ состоит в определении твердости путем вдавливания шариков разного диаметра (1, 2, 2,5, 5 и 10 мм) из закаленной стали в испытываемую поверхность. Полученные значения сравниваются с табличными значениями, куда вносится диаметр шарика и отпечатка, а также, приложенной нагрузки – и так определяется показатель твердости. Придумал этот метод шведский ученый Юлиус Бринелль, но применяют его чаще не на каменные породы – черный габбро, гранит и другие, а для металлов.
Твердость по Шоору (Шору) или метод отскока
Метод предложен в 1922 году Альбертом Шором и использует также метод вдавливания. Измерения проводятся прибором дюрометром, а результаты сравниваются с табличными данными. Эта методика больше подходит для не очень твердых материалов, поэтому сейчас ее используют для определения характеристик резины, пластиков, эластомеров, каучуков.
Твердость по Виккерсу
Этот метод также основан на процессе вдавливания – применяется для очень твердых материалов и металлов. При этом в образец вдавливается пирамидальный алмазный наконечник. В течение определенного времени производится выдержка с нагрузкой, а потом данные сравниваются с табличными значениями. Этот способ применяют для металла и различных видов горных пород.
Методика Роквелла
Тоже метод вдавливания, причем, на испытуемую поверхность сначала осуществляется предварительная нагрузка, а потто сразу – основная. Индентором выступает стальной шарик для более мягких материалов, а для металлов и горных пород – алмазный наконечник. Это один из главных способов, используемых в металлургии.
Шкала Протодьяконова
Ее разработал русский горный инженер Михаил Протодьяконов именно для горных пород, к которым относится габбро, гранит, лабрадорит. Методика определения совершенно другая – по устойчивости на сжатие. Все породы распределены на 10 категорий с определенным индексом. Этот метод дает более точные результаты, сем шкала Мооса.
www.valitovkamen.ru
Твердость горной породы | Технология
Твердость горной породы — это способность сопротивляться внедрению в нее других твердых тел, например штампа, породоразрушающего инструмента. Различают два вида твердости горних пород — агрегатную и твердость составляющих ее минералов: агрегатная оказывает большее влияние на механическую скорость бурения, а твердость отдельных минералов больше влияет на износ породоразрушающего инструмента.
Для определения твердости горных пород предложено много методов, основанных на различных принципах с различной размерностью получаемых показателей твердости. В связи с этим рекомендуется указывать, по какому методу получены данные показатели твердости (по методу вдавливания штампа — по Л. А. Шрейнеру, по методу ВИМСа — по истиранию или по методу ВИТРа — по резанию) и др. В практике определения твердости горных пород более широко используется метод вдавливания металлических штампов в образец испытываемой горной породы.
Для определения твердости горной породы изготавливаются образцы в виде цилиндров диаметром 40 -60 мм, высотой 30-50 мм; торцовые плоскости шлифуются. Испытания проводят с использованием пресса (гидравлического или винтового), посредством которого в исследуемый образец вдавливается штамп, изготовленный из прочной стали или из твердого сплава. Площадь штампа 12 мм при испытании плотных пород и 2,5-3 мм — при испытании пористых. Штамп вдавливается в породу до образования лунки выкола. Показатель твердости Рт горной породы при этом вычисляется по формуле PТ = P/S
Ниже приведены показатели твердости некоторых горных пород, полученные методом вдавливания штампа (в МПа):
- Глина, мергель. аргиллит, алевролит, затронутые выветриванием, сланцы песчанистые — < 1000
- Известняк углистый, доломит, дунит, андезит, базальт — 1000 — 2000
- Песчаник, окремненные разности аргиллита, алевролита, порфирит андезитовый, серицито-кварцевая порода, диабаз, лабрадорит — 2000 — 1000
- Известняк окремненный, диорит, сиенит, гранит — 4000 — 6000
- Песчаник кремнистый, гранит аплитовидный, кварцит, гематитовый роговик, джеспилит — 6000 — 8000
technolibrary.ru
Твердость — горная порода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Твердость — горная порода
Cтраница 1
Твердость горных пород, определенная по описанной методике, значительно выше предела прочности на сжатие. [2]
Твердость горных пород в определяющей степени зависит от минералогического состава. Твердость горных пород существенно зависит от содержания в них кварца и полевых шпатов. Присутствие кварца больше влияет па твердость глинистых пород некарбонатного типа, меньше — на твердость глинистых пород и чистых мергелей. Твердость в этой группе пород изменяется линейно, пропорционально количеству присутствующего кварца. Твердость глинисто-карбонатных пород существенно зависит от карбонатной составляющей, а песчаников и алевролитов — от типа цементирующего материала. При прочих равных условиях твердость повышается от типа цемента ( слева направо): глинистый — — гидрослюдисто-глинистый — — карбонатный — — базальтовый. [4]
Твердость горных пород является одним из свойств, представляющих интерес с позиции механики разрушения. Существует несколько способов определения твердости горных пород. Наиболее известный — по шкале Мо-оса. Твердость породы определяется направлением ( оставлением риски) с помощью указанных минералов. Номер минерала, который первым наносит риску на испытуемом материале, определяет его цифровую характеристику. [7]
Твердость горных пород, определенная по описанной методике, значительно выше предела прочности на сжатие. [8]
Твердость горных пород зависит также от их пористости, сцемен-тированности и водонасыщенности. При увеличении карбонатности и уменьшении водонасыщенности твердость пород увеличивается. Согласно исследованиям К. М. Садиленко, твердость водонасыщен-ных горных пород на 15 — 17 % меньше по сравнению с сухими. [9]
Твердость горных пород оказывает решающее влияние га выбор типа алмазного породоразрушающего инструмента. Твеэ-дые горные породы требуют применения специальных roHKOCTei — ных конструкций колонковых наборов и алмазных коронок с уменэ-шенной шириной матрицы в целях создания осевых нагрузок i: a инструмент, превышающих предел прочности разрушаемых пород. [10]
Твердостью горной породы называется сопротивление породы в поверхностном слое вдавливанию в нее другого более твердого тела ( индентора), деформацией которого можно пренебречь. [11]
Различают агрегатную твердость горных пород и твердость отдельных минералов, слагающих породу. Агрегатная твердость зависит от твердости отдельных минеральных зерен, от прочности цементирующего вещества и плотности горной породы. Именно агрегатная твердость породы больше всего влияет на механическую скорость бурения. [12]
Различают агрегатную твердость горной породы и твердость слагающих ее минералов. [13]
Под твердостью горной породы понимается ее способность оказывать сопротивление проникновению в нее ( внедрению) породоразрушающего инструмента. [14]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Твердость — порода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Твердость — порода
Cтраница 1
Твердость пород в разрезе составляет в основном 30 — 60 кгс / мм2, Кпл 2 — х, за исключением известняков и кварцевых алевролитов. [1]
Твердость породы учитывалась при выборе материала для заготовок каменных топоров и молотов: диарит, серпентин, разного рода сланцы, нефрит и др. [2]
Твердость породы определяется царапанием ( оставлением риски) с помощью указанных минералов. Номер минерала, который первым наносит риску на испытуемом материале, определяет его цифровую характеристику. [4]
Твердость пород обозначается буквами: S — мягкие, SM — мягкие, с пропластками пород средней твердости, М — средние и МН — чередование пород средних и твердых. [5]
Твердость породы и высокая температура отрицательно действуют на породоразрушающий инструмент. Долота, например, находятся в работе не более 9 ч при вращении их на высоких скоростях. В трещиноватых породах бурильная колонна находится в условиях постоянной вибрации и трубы деформируются. [6]
Когда твердость породы большая и возможно лишь внедрение сферы в пределах О h 0.245 Я, при допустимых нагрузках на долото выгодно применять сферический зуб. Если же внедрение сферы при той же нагрузке возможно на глубину, большую 0 245Я, выгоднее применять призму. [7]
Поскольку твердость пород была больше 250 кг / мм2 и пластичность была небольшой для бурения рекомендовались трехшарошечные долота типа К со штыревым вооружением. [8]
По твердости породы нижнекаменноугольного возраста ( визе — ламюр) значительно уступают породам нижнего палеозоя и гораздо легче поддаются механическому воздействию. Крепость пород при проходке шахтных стволов относится к 5 — 6 — й категориям. Вскрышные работы на месторождении угля ведутся экскаваторами. Для полускальных пород с повышенной трещиноватостью коэффициенты фильтрации достигают 33 м / сут. Приведенная характеристика скальных и полускальных пород свидетельствует о довольно широком изменении их вещественного состава и физико-механических свойств. Остальные породы занимают промежуточное положение. Проходка горных выработок в шахтах Карагандинского бассейна осуществляется со вспомогательной крепью. Юрские отложения представлены конгломератами с песчано-глинистым цементом, разнозернистыми песчаниками, алевролитами. Физико-механические свойства пород юрского возраста значительно ниже каменноугольных. [9]
Увеличение твердости пород от 1500 до 5800 МПа весьма незначительно снижает величину вращающего момента и практически этим снижением Мд можно пренебречь. [10]
Измерение твердости породы производят чаще всего по методу Шрейнера — вдавливанием штампа с площадью основания 1 — 5 мм2 в шлифованную поверхность образца породы. Существуют и другие методы, например: метод истирания о вращающийся цилиндр, покрытый абразивом; метод Герца — вдавливанием шара; метод Шора — по высоте отскока бойка со сферическим наконечником. [11]
Понизители твердости пород помогают процессу дальнейшего диспергирования находящегося в круговой циркуляции бурового шлама. Это имеет особенно важное значение при бурении с промывкой забоя естественными промывочными растворами, дисперсная фаза которых образуется из частичек твердых пород, диспергированных механическим воздействием долота на забой. Применяемые для стабилизации естественных карбонатных растворов поверхностно-активные вещества проникают в трещины довольно больших частичек шлама, откалываемых от забоя ударами зубьев долота. Адсорбируясь на вновь образованных поверхностях, оказывая расклинивающее действие и понижая поверхностное натяжение, эти вещества способствуют дальнейшему диспергированию шлама до частичек коллоидного размера, остающихся в системе в качестве дисперсной фазы раствора. [12]
Благодаря малой твердости породы и легкой распускаемости в воде мел может вводиться в состав тампонажного раствора в виде заранее приготовленной меловой суспензии. Для ее приготовления используются фрезерно-струй-ные мельницы, глиномешалки и пр. [13]
Под твердостью породы понимают сопротивление прониканию в нее разрушающего инструмента. В отличие от прочности, характеризующей сопротивление породы объемному разрушению, твердость определяет сопротивление поверхностных слоев местному силовому воздействию. [14]
Под твердостью породы понимают сопротивление вдавливанию в нее разрушающего инструмента. В отличие от прочности, характеризующей сопротивление породы объемному разрушению, твердость определяет сопротивление поверхностных слоев местному силовому воздействию. Измерение твердости породы производят чаще всего по методу Шрейнера — вдавливанием штампа с площадью основания 1 — 5 мм2 в шлифованную поверхность образца породы. Твердость породы при пропитывании водой понижается на 10 — 20 % и более. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Твердость — горная порода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Твердость — горная порода
Cтраница 3
По методу Л. А. Шрейнера твердость горной породы определяют с помощью штампа, имеющего плоскую опорную поверхность. Площадь контактной поверхности штампа может варьировать от 1 до 10 мм2 в зависимости от размера минеральных зерен, структуры и текстуры породы. [31]
По методу Л.А. Шрейнера твердость горной породы определяют с помощью штампа, имеющего плоскую опорную поверхность. Площадь контактной поверхности штампа может варьировать от 1 до 10 мм2 в зависимости от размера минеральных зерен, структуры и текстуры породы. [33]
При определении категории твердости горной породы методом аналогий необходимо определить ее литологию, наличие и состав твердых примесей, состав и строение цемента, например, по шламу, и пористость по геофизическим данным, выбрать из таблиц соответствия ближайший аналог и присвоить рассматриваемой горной породе твердость аналога. [34]
По оси абсцисс отложена твердость горных пород в категориях. Через начало координат проведена вспомогательная наклонная прямая, на которую нанесены точки, имеющие абсциссу НА и обозначенные как соответствующие типы долот. От каждой точки проведен горизонтальный отрезок длиной ( Нд в — Нд), т.е. равный правой половине области применимости соответствующего долота. [35]
Из технико-технологических факторов на твердость горных пород наибольшее влияние оказывают факторы: масштабный, формы и скоростной. [36]
Известно, что на твердость горных пород влияют размеры вдавливаемых штампов. [37]
Как уже отмечалось, твердость горных пород по штампу определяют по давлению, соответствующему общему хрупкому разрушению или пределу текучести образна, имея в виду, что при всестороннем давлении упругие деформации переходят в упруго-пластические или пластические. В связи с известной условностью этих определений результаты их могут, по-видимому, рассматриваться лишь в качестве некоторого условного критерия для сравнительной оценки твердости пород при ведении буровых работ. [38]
По данным К. Д. Шевцова, твердость горных пород опорной скважины района Доссор колеблется от О до 262 кгс / мм2, коэффициент пластичности изменяется от единицы до бесконечности. [39]
Существует несколько способов определения твердости горных пород. Наиболее известный — по шкале Мооса. [41]
Из других методов определения твердости горных пород еле — — дует упомянуть методы Герца и Шора. [42]
Таким образом, определение твердости горных пород носит условный характер. [44]
Из числа технико-технологических факторов на твердость горных пород наибольшее влияние оказывают факторы: масштабный, формы и скоростной. [45]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Твердость различных пород
Длительность службы изделий во многом зависит от их механических и физических свойств.Выбирая материал для изготовления паркета необходимо учитывать не только эстетическую красоту, но и его твердость.
С 1900 года для проверки этого показателя используется метод шведского инженера Бринелля. Проводится испытание – шарик из закаленного металла вдавливается в объект с определенной силой. Измеряется глубина отпечатка. Твердость высчитывается по формуле.
При радиальном распиле значение торцовой твердости выше, чем при тангентальном, потому что разрез проходит по центру ствола. Так же нужно учитывать влажность доски. Сухая древесина намного прочнее и тверже сырой, но хуже клеится.
Классификация по твердости:
- мягкая — до 38,6 МПа (липа, осина, ольха)
- твердая — 38,6 до 82,5 МПа (груша, клен, ясень, яблоня)
- очень твердая — больше 82,5 МПа (граб, береза, железная акация)
Классификация по стабильности:
- абсолютно стабильная
- стабильная
- относительно стабильная
- средне-стабильная
- нестабильная
От нее зависит скорость изменения размера материала при изменении влажности в нем.
Классификация по стойкости к гниению:
- стойкая
- среднестойкая
- малостойкая
- нестойкая
Таблица свойств разных сортов дерева:
|
Название |
Преимущество |
Твердость (кгс/мм²) |
Стабильность |
|
Дуб |
Стойкость к гниению |
3,7 |
4 |
|
Клен |
Красивая текстура |
4 |
2 |
|
Ясень |
Податливость резьбе |
4 |
2 |
|
Рябина |
Прочность, огнестойкость |
3 |
4 |
|
Вишня |
Хорошо режется |
3,5 |
4 |
|
Яблоня |
Не коробится |
4 |
4 |
|
Груша |
Не трескается |
3,5 |
2 |
|
Орех |
Легко обрабатывается |
5 |
4 |
|
Вяз |
Гибкость |
3,6 |
3 |
|
Лиственница |
Долговечность |
3,5 |
5 |
|
Береза |
Привлекательный цвет |
3 |
3 |
Применяются при изготовлении паркета
Ятоба — высокое тропическое дерево, его можно встретить в Индии, Центральной Америки, Бразилии. Ядро крупное, светло-серое. Покрытие из него прочное, отлично поддается шлифовке, не имеет неприятного запаха. Древесина красновато-коричневая.
Мербау – ценная порода, произрастает в Южной части Азии. Раньше считалась священной. Имеет выразительную текстуру, благородный красноватый тон. Замечательно смотрится под лаком, не имеет сучков. Немного темнеет после длительной эксплуатации в освещенном месте.
Клён – популярен в Азии, Северной Америке, Европейских странах. Структура декоративная, волнистая. Паркет из этого сорта дерева светлый, изящный.
Ярра – эвкалипт, коренной житель Австралии, недавно стал культивироваться в Бразилии. Яркий махагоновый цвет бывает разнообразного оттенка – от светло-розового до темно-бордового. Высокая плотность, сложный рисунок волокон. Хорошо шлифуется. Выглядит восхитительно.
Ясень – широко распространен в России. Тяжелый, крепкий, эластичный сорт, стойкий к внешним воздействиям. Великолепная текстура, золотистый окрас.
Дуб – из семейства Буковых. Растет в северных лесах с умеренным климатом. Древесина многослойная, прочная, увесистая, стойкая к стиранию. Цвет соломенный с оранжевым отливом. Дубовое напольное покрытие славится своею долговечностью.
Вишня – Американская вишня имеет светло – красный оттенок, зернистую структуру. Это дерево – один из самых модных материалов. Паркет из Вишни дает комнате теплый и эксклюзивный вид. Вишня подходит для большого пространства. Притягательный красно – коричневый цвет вишни стимулирует эстетику. Вишня по твердости практически не уступает дубу.
Орех — Произрастает повсеместно. Основные регионы: Южная Европа, Азия, Америка.
Заболонь светлая, зрелая древесина — коричнево серая, с более темными вкраплениями. В зависимости от климата и почвы цвет и структура древесины значительно меняются, однако она всегда очень декоративна и давно и широко применяется для отделки интерьеров и изготовления мебели.
Береза – старый объект поклонения романтиков природы и источник вдохновения для поэтов и трубадуров. Это светлое, медового цвета дерево с атласным отливом зернистой структуры. Сучки делают Берёзу привлекательной и естественной. Берёзовый пол – пол, который говорит за себя своей восхитительной способностью выделять и делать более ярким всё, что его окружает. Берёза – довольно мягкий тип древесины, и, тем не менее, достаточно износостойкий.
Бук – это светлое, ровное дерево со светло – красным оттенком. Структура бука спокойная, еле уловимая. Бук характеризуется повышенной износостойкостью и твердостью в сочетании с его светлыми тонами. Буковый паркет производит впечатление мягкости и подчеркивает гармонию в комнате. Этот паркет скромный, молчаливый и подходит комнатам, где внимание обращено на мебель и стены.
Красный Дуб – эта порода дерева пришла к нам из Америки. Это шикарная интерпретация дуба с более откровенной, слегка красноватой фактурой. Такой паркет предаст Вашему интерьеру шарм и красоту и, при этом, идеально сочетается с другими изделиями из дуба.
silverparket.com