Gogortasun

Mineralogian, gogortasuna gai batek duen gaitasuna da beste gai batzuk higatzeko edo haietan mailatuak edo arrastoak egiteko. Alegia, mineral batek urratzen uzteko duen erresistentzia da. Gai bat beste bat baino gogorragoa dela esaten da lehendabizikoak beste gaiari arrastoa egin diezaiokenean.  

Mineralogian, mineralen gogortasuna Friedrich Mohs geologoak asmatutako Mohs eskalaren arabera sailkatzen da. Hamar mailako eskala erabiltzen da: diamantea 10, zafiroa 9, topazioa 8, kuartzoa 7, feldespatoa 6, apatita 5, fluorita 4, kaltzita 3, igeltsua 2 eta talkoa 1. Material batek beste bat urratzeko, material horrek baino beherago egon behar du eskalan; izan ere, gorago egonez gero, ez du markatuko.

 Neurriak 
Hiru gogortasun-neurketa nagusi daude: scratch, indentation eta rebound. Neurketa horietako bakoitzaren barruan, banakako neurketa-eskalak daude. Arrazoi praktikoengatik, bihurketa-taulak eskala baten eta bestearen arteko bihurketak egiteko erabiltzen dira.

 Scratch gogortasuna 
Scratch gogortasuna objektu zorrotz baten marruskaduraren ondoriozko neurria da, lagin batek hausturarekiko edo deformazio plastiko iraunkorrarekiko duen erresistentziarena. Printzipioa da material gogorrago batez egindako objektu batek material bigunago batez egindako objektu bat urratuko duela. Estaldurak probatzerakoan, scratch gogortasunak filmaren bidez substraturaino mozteko beharrezkoa den indarrari egiten dio erreferentzia. Hori frogatzeko ohikoena Mohs eskala da, mineralogian erabiltzen dena. Neurketa hori egiteko tresna esklerometroa da.

Froga horiek egiteko erabiltzen den beste tresna bat poltsikoko gogortasun-frogatzailea da. Tresna hori lau gurpileko gurdi bati lotutako marka graduatuak dituen eskala-beso bat da. Arraspatzeko tresna muntatu bat da, ertz zorrotzekoa, froga-azalerako angelu jakin batean dagoena. Erabili ahal izateko, masa ezaguneko pisu bat gehitzen zaio eskala-besoari marka graduatuetako batean; ondoren, tresna froga-gainazalean zehar urratzen da. Pisua eta markak erabiltzeak presio jakina aplikatzea ahalbidetzen du, makina konplikatuen beharrik gabe.

 Indentation gogortasuna 
Indentation gogortasunak neurtzen du objektu zorrotz baten etengabeko konpresio-kargaren ondoriozko erresistentzia, lagin batek materialen deformazioarekiko duena. Indentationerako frogak ingeniaritzan eta metalurgian erabiltzen dira bereziki. Probek lan egiten dute indentazio baten dimentsio kritikoen neurketaren oinarrizko premisan. Indentation gogortasun-eskala arruntak Rockwell, Vickers, Shore eta Brinell dira, besteak beste.  

 Rebound gogortasuna 
Gogortasun dinamikoa ere esaten zaiona, altuera finko batetik material batera eroritako diamantezko mailuaren "errebotearen" altuera neurtzen du. Erlazionaturik dago elastikotasunarekin. Neurketa horiek egiteko tresnari eskleroskopioa deritzo. Gogortasun hori neurtzeko bi eskalak dira. Leeb-en gogortasun proba eta Bennetten gogortasun eskala. Kontaktu ultrasonikoaren inpedantzia metodoak (UCI) gogortasuna determinatzen du haga kulunkari baten maiztasuna neurtuz. Haga hori metalezko ardatz bat dituena, elementu dardarakorrek, eta piramide formako diamante bat mutur batetik igota.

 Mekanismoak eta teoria 
Gogortasunaren atzean dagoen mekanismoa ulertzeko gakoa da mikroegitura metalikoa ulertzea, edo atomoen egitura eta antolamendua maila atomikoan. Izan ere, material baten mikroegiturak  gaur egungo ondasunen fabrikaziorako ezaugarri metaliko garrantzitsuenak determinatzen ditu.Haasen, P. (1978). Physical metallurgy. Cambridge [Eng.]; New York: Cambridge University Press. Maila atomikoan, metal bateko atomoak kristal-sare izeneko matrize tridimentsional ordenatu batean antolatuta daude. Berez, metal baten ale jakin batek ez du inoiz kristal-sare bakar sendorik edukiko. Metal lagin jakin batek ale asko izango ditu, eta ale bakoitzak matrize eredu nahiko sendoa izango du. Eskala txikitzean, ale bakoitzak irregulartasunak ditu. 

Mikroegituraren ale-mailan bi irregulartasun daude materialaren gogortasunaren erantzule direnak. Irregulartasun horiek puntu- eta lerro-akatsak dira. Puntu akats bat alearen hiru dimentsioko sare orokorraren barruan dagoen sare bakarreko deformazio bat da. Hiru akats nagusi daude. Matrizean atomo bat falta bada, huts-akatsa sortzen da. Sare-gunean atomo mota ezberdin bat baldin badago, normalean metalezko atomo batek hartu beharko lukeena, ordezko akats bat sortzen da. Normalean egon behar ez lukeen leku batean atomo bat badago, akats interstiziala sortzen da. Hori posible da atomoen arteko espazioa dagoelako kristal-sare batean. Puntu-akatsak kristal-sareko leku bakar bateko irregulartasunak dira, eta lerro-akatsak, berriz, atomo plano bateko irregulartasunak dira. Deslokalizazioak lineako akats mota bat dira, plano horien lerrokatze okerra dakartenak. Mugako deslokalizazio baten kasuan, atomo plano erdi bat bi atomo planoren artean sartzen da. Torloju baten deslokalizazioaren kasuan, bi atomo plano konpentsatzen dira horien artean dabilen helizezko matrize batekin.Samuel, J. (2009). Introduction to materials science course manual. Madison, Wisconsin: University of Wisconsin-Madison.

Kristaletan, gogortasuna sareko atomoen artean dauden muga topologikoen araberakoa da. Horregatik, konposizioari dagokionez zurruntasun-teoriak aukera eman du gogortasun-balioak aurreikusteko. 
Deslokalizazioa mekanismo bat da atomoen planoek irrist egin dezaten, eta metodo hori deformazio plastiko edo iraunkorrean erabiltzen da.Haasen, P. (1978). Physical metallurgy. Cambridge [Eng.]; New York: Cambridge University Press. Atomoen planoak desplazamenduaren alde batetik bestera joan daitezke modu eraginkorrean, materiala zeharkatu eta behin betiko deformatu ahal izateko. Deslokalizazio horiek ahalbidetzen duten mugimenduek materialaren gogortasuna gutxitzen dute.

Atomoen planoen mugimenduak inhibitzeko eta, horrela, zailtzeko moduak, deslokalizazioen eta atomo interstizialen arteko elkarrekintza dakarte. Deslokalizazio bat beste batekin gurutzatzen denean, ezin du gehiago zeharkatu kristal-sarea. Deslokalizazioen ebakidurak ainguratze-puntu bat sortzen du, eta ez du uzten atomoen planoek bata bestearen gainean irristatzen jarrai dezaten. Deslokalizazio bat atomo interstizialekiko elkarrekintzaren bidez ere ainguratu daiteke. Deslokalizazio bat bi atomo interstizialekin edo gehiagorekin kontaktuan jartzen bada, planoen irristatzea berriro etengo da. Atomo interstizialek aingura-puntuak sortzen dituzte, edo finkapen-puntuak, deslokalizazioak gurutzatzen diren modu berean.

Atomo interstizialen presentzia eta deslokalizazioen dentsitatea aldatuz, metal jakin baten gogortasuna kontrola daiteke. Nahiz eta itxuraz intuizioaren kontrakoa izan, deslokalizazioen dentsitatea handitu ahala, elkargune gehiago sortzen dira, eta ondorioz, aingura-puntu gehiago. Era berean, atomo interstizial gehiago gehitzen diren heinean, finkapen-puntu gehiago sortzen dira, deslokalizazioen mugimenduak eragozten dituztenak. Ondorioz, zenbat eta aingura-puntu gehiago gehitu, orduan eta gogorrago bihurtuko da materiala.

 Erreferentziak 

 Kanpo estekak 

Kategoria:Mineralogia