Échelle de dureté de Mohs: test de la résistance à l'éraflure

Contenu

• Qu'est-ce que l'échelle de dureté de Mohs?
• Faire des comparaisons de dureté
• Procédure d'essai de dureté de Mohs
• Conseils de test de dureté Mohs
• Dureté des objets communs
• Choix de dureté
• Plus dur que le diamant, plus doux que le talc?
• Échelle de dureté de Mohs comparée à d'autres
• Variations de dureté dans un seul minéral
• À propos des tests de dureté
• Dureté, Dureté et Force
• Utilisations pour les tests de dureté
• Quelques notes sur l'orthographe

Kit de dureté Mohs: Un kit de laboratoire d’échelle de dureté Mohs contenant: (1) du talc; (2) du gypse; (3) de la calcite; (4) la fluorite; (5) l'apatite; (6) orthoclase; (7) quartz; (8) la topaze; et (9) corindon. Le diamant n'est pas inclus dans la plupart des kits pour réduire les coûts. De plus, un échantillon de diamant serait si petit qu’il devrait être monté sur une poignée pour être utile. Achetez un kit de dureté minérale.

Qu'est-ce que l'échelle de dureté de Mohs?

L'un des tests les plus importants pour l'identification des échantillons de minéraux est le test de dureté de Mohs. Ce test compare la résistance d'un minéral à la rayure de dix minéraux de référence appelés échelle de dureté de Mohs (voir tableau à gauche). Le test est utile car la plupart des échantillons d'un minéral donné sont très proches de la même dureté. Cela fait de la dureté une propriété de diagnostic fiable pour la plupart des minéraux.

Friedrich Mohs, un minéralogiste allemand, développa la balance en 1812. Il choisit dix minéraux de dureté nettement différente, allant d'un minéral très mou (talc) à un minéral très dur (diamant). À l'exception du diamant, les minéraux sont tous relativement courants et faciles ou peu coûteux à obtenir.

Faire des comparaisons de dureté

La "dureté" est la résistance d'un matériau à être rayé. Le test est effectué en plaçant la pointe d'un échantillon sur la surface non marquée d'un autre échantillon et en essayant de produire une égratignure. Voici les quatre situations que vous pouvez observer lorsque vous comparez la dureté de deux spécimens:

1. Si le spécimen A peut rayer le spécimen B, le spécimen A est plus dur que le spécimen B.


2. Si le spécimen A ne raye pas le spécimen B, le spécimen B est plus dur que le spécimen A.


3. Si les deux éprouvettes ont la même dureté, elles seront relativement inefficaces pour se gratter. De petites éraflures peuvent être produites ou il peut être difficile de déterminer si une éraflure a été produite.


4. Si l’échantillon A peut être rayé avec l’échantillon B mais ne peut pas être rayé avec l’échantillon C, la dureté de l’échantillon A est comprise entre la dureté de l’échantillon B et celle de l’échantillon C.

Test de dureté de Mohs: Lors du test, placez le spécimen inconnu sur une table et maintenez-le fermement en place avec une main. Ensuite, placez une pointe du spécimen de référence contre une surface plane et non marquée du spécimen inconnu. Appuyez fermement sur le spécimen de référence contre l'inconnu et faites-le glisser délibérément sur la surface plane tout en appuyant fermement. Pour éviter toute blessure, faites glisser le spécimen connu à l’écart de votre corps et parallèlement aux doigts tenant le spécimen inconnu.

Procédure d'essai de dureté de Mohs

• Commencez par localiser une surface lisse et non éraflée pour les tests.


• D'une main, maintenez le spécimen de dureté inconnue fermement contre le dessus de la table afin que la surface à tester soit exposée et accessible. Le dessus de la table soutient le spécimen et vous aide à le maintenir immobile pour le test.


• Maintenez l’un des échantillons de dureté standard dans l’autre main et placez une pointe de cet échantillon contre la surface plane sélectionnée de l’échantillon inconnu.


• Appuyez fermement la pointe de l'échantillon standard contre l'échantillon inconnu et faites glisser fermement la pointe de l'échantillon standard sur la surface de l'échantillon inconnu.


• Examiner la surface du spécimen inconnu. Avec un doigt, balayez tous les fragments de minéraux ou la poudre qui ont été produits. Le test a-t-il produit une égratignure? Veillez à ne pas confondre une poudre minérale ou des résidus avec une rayure. Une égratignure sera une rainure distincte dans la surface minérale, pas une marque sur la surface qui s'efface.


• Réalisez le test une seconde fois pour confirmer vos résultats.

Conseils de test de dureté Mohs

• Une liste de minéraux par ordre de dureté peut être une référence pratique. Si vous déterminez qu'un échantillon a une dureté de Mohs 4, vous pouvez rapidement obtenir une liste des minéraux potentiels.


• La pratique et l'expérience amélioreront vos capacités lors de ce test. Vous allez devenir plus rapide et plus confiant.


• Si la dureté de l'échantillon inconnu est d'environ 5 ou moins, vous devriez être capable de produire une égratignure sans trop d'effort. Cependant, si le spécimen inconnu a une dureté d’environ 6 ou plus, il sera plus difficile de produire une égratignure. Pour ces spécimens, maintenez l'inconnu fermement contre la table, placez l'éprouvette standard contre elle, appuyez fermement avec détermination, puis en maintenant la pression, faites glisser lentement l'éprouvette standard sur la surface de l'inconnu.


• Ne vous laissez pas berner par un échantillon standard souple qui laisse une trace sur un inconnu inconnu. Cette marque ressemble à ce qu'un morceau de craie produit sur un tableau noir. Il va essuyer sans laisser une égratignure. Essuyez votre doigt sur la surface testée. Si une égratignure a été produite, il y aura un sillon visible. Si les marques s'effacent, aucune égratignure n'est produite.


• Certains matériaux durs sont également très fragiles. Si l'un de vos spécimens se brise ou s'effrite au lieu de se gratter, vous devrez faire très attention lors de la réalisation du test. Tester des échantillons minuscules ou granulaires peut être difficile.


• Certains spécimens contiennent des impuretés. Si les résultats de votre test ne sont pas visiblement concluants, ou si les informations de votre test ne sont pas conformes à d'autres propriétés, n'hésitez pas à refaire le test. Il est possible qu'un petit morceau de quartz (ou une autre impureté) ait été incrusté dans l'un de vos spécimens.


• Ne soyez pas wimpy! C'est un problème très courant. Certaines personnes frottent avec désinvolture un spécimen contre un autre, puis cherchent une marque. Ce n'est pas comme ça que le test est fait.Cela se fait avec un seul mouvement déterminé dans le but de couper une égratignure.


• Faites attention. Lorsque vous maintenez le spécimen inconnu contre la table, positionnez-le de sorte que le spécimen connu ne soit pas tiré sur l'un de vos doigts.


• Ce test doit être effectué sur une table de laboratoire ou un établi avec une surface durable ou un revêtement de protection. Ne faites pas ce type de test sur de beaux meubles.


• Testez de minuscules particules ou grains en les plaçant entre deux morceaux d'un minéral index et en les raclant ensemble. Si les grains sont plus durs que le minéral indexé, des égratignures seront produites. Si les grains sont plus mous, ils seront maculés.

Dureté des objets communs

Certaines personnes utilisent quelques objets courants pour effectuer des tests rapides de dureté. Par exemple, un géologue sur le terrain peut toujours porter un couteau de poche. Le couteau peut être utilisé pour un test de dureté rapide afin de déterminer si un échantillon est plus dur ou plus mou que Mohs 5 à 6.5.

Avant d'utiliser ces objets comme outils de test rapide, il est judicieux de confirmer leur dureté. Certains couteaux ont un acier plus dur que d'autres. Testez le vôtre et vous saurez alors quelle est sa dureté.

Ces objets communs peuvent également être utiles si vous ne possédez pas un ensemble de minéraux de référence. Nous avons inclus le quartz dans cette liste car il s’agit d’un minéral omniprésent. Sur le terrain, vous n'êtes souvent qu'à quelques pas d'un morceau de quartz.

La dureté de Moh: Les pics de dureté sont faciles à utiliser. Ils ont un stylet en laiton et un "médiator" en alliage qui est utilisé pour les tests de dureté. Placez la pointe d'une pointe sur votre échantillon inconnu et faites-la glisser sur la surface. Cela risque de produire une égratignure, de glisser sur la surface ou de laisser une trace de métal. Ils sont fournis avec une dureté de 2 (une pointe en plastique), 3 (une pointe en cuivre) et de 4 à 9 (alliages sélectionnés avec soin). Ils sont parfaits pour tester de petits échantillons ou pour tester de petits grains enfoncés dans une roche. Ces pics de dureté sont disponibles dans le magasin.

Choix de dureté

Une alternative à l'utilisation des minéraux de référence pour les tests est un ensemble de "choix de dureté". Ces pics ont des pointes métalliques pointues que vous pouvez utiliser pour des tests très précis. Les pics permettent beaucoup plus de contrôle et leurs pointes peuvent être utilisées pour tester de petits grains de minéraux dans une roche.

Les aiguilles pointues peuvent être utilisées facilement et produire une égratignure si elles sont plus dures que l'échantillon à tester ou laisser une petite traînée de métal si elles sont plus molles. Examinez le site de test avec une loupe pour voir les résultats de votre test.

Nous avons utilisé des pics de dureté et pensons qu’ils font un excellent travail. Ils sont plus faciles à utiliser et plus précis que les tests avec des échantillons. Ils peuvent être resserrés quand ils sont émoussés. Le seul inconvénient est leur prix (environ 80 $ par jeu).

Plus dur que le diamant, plus doux que le talc?

Le diamant n'est pas la substance la plus dure connue, mais les matériaux les plus durs sont beaucoup plus rares. Les chercheurs ont signalé que le nitrure de bore et la lonsdaleite de wurtzite peuvent être plus durs que le diamant.

Il est peu probable que vous trouviez un minéral plus doux que le talc. Cependant, quelques métaux sont plus mous. Ceux-ci comprennent: le césium, le rubidium, le lithium, le sodium et le potassium. Vous n'aurez probablement jamais besoin de tester leur dureté.

Comparaison de dureté Mohs - Vickers: Ce graphique compare la dureté des minéraux index de l'échelle de dureté de Mohs (échelle entière) à leur dureté Vickers (échelle continue). La dureté de Mohs est une résistance à la rayure, tandis que la dureté de Vickers est une résistance à la pénétration sous pression. Le graphique montre la grande différence entre la dureté Vickers du corindon et celle du diamant - qui n’est qu’une unité sur l’échelle de dureté de Mohs.

Échelle de dureté de Mohs comparée à d'autres

Lorsque Friedrich Mohs développa son échelle de dureté en 1812, très peu d'informations sur la dureté des minéraux étaient disponibles. Il a simplement sélectionné dix minéraux de dureté variable et les a placés de manière arbitraire sur une échelle entière allant de 1 à 10. Il s’agissait d’une échelle relative dans laquelle un minéral de dureté inconnue pouvait être testé sur un groupe de dix minéraux index pour voir où il se situait. la balance.

L'échelle de Mohs a résisté à l'épreuve du temps et a été largement utilisée dans le monde entier pendant plus de 200 ans - principalement parce qu'elle est facile à faire, peu coûteuse et que les gens le comprennent rapidement. D'autres tests de dureté ont été conçus mais aucun d'entre eux n'est aussi répandu.

Une «dureté de Mohs» est une comparaison relative de la «résistance aux rayures» sur une échelle entière. La plupart des autres échelles de dureté utilisent la «résistance à l'indentation sous un stylet sur lequel une pression spécifique est appliquée pendant une durée donnée». Ces tests diffèrent de la dureté de Mohs dans leur procédure, ce sont tous des tests de résistance aux atomes étant délogés de leurs positions par la pression exercée à la surface d'un échantillon minéral.

L'une de ces échelles est l'échelle de dureté Vickers. Dans le test de Vickers, la taille de l'indentation est estimée au microscope et utilisée pour calculer une valeur de dureté. Les valeurs de dureté Vickers forment une échelle continue qui fournit plus d'informations sur la dureté des minéraux par rapport aux valeurs entières de l'échelle de Mohs. Un tableau comparant les minéraux de l'échelle de Mohs à leur dureté Vickers est présenté ici avec un graphique des données. Le graphique montre qu'en termes de dureté Vickers, les écarts entre les valeurs entières de l'échelle de Mohs ne sont pas uniformes en largeur. De plus, les écarts entre les minéraux de dureté Mohs plus élevée sont beaucoup plus larges que ceux entre les minéraux plus mous. En termes de dureté Vickers, le diamant est énormément plus dur que le corindon.

La meilleure façon d'apprendre sur les minéraux est d'étudier avec une collection de petits spécimens que vous pouvez manipuler, examiner et observer pour en connaître les propriétés. Des collections de minéraux peu coûteux sont disponibles dans le magasin.

Variations de dureté dans un seul minéral

Bien que les ouvrages de référence et les sites Web répertorient souvent une seule dureté pour chaque minéral, de nombreux minéraux ont une dureté variable. Ils ont une dureté plus ou moins grande en fonction de la direction dans laquelle ils sont rayés.

La cyanite est un exemple bien connu de minéral à dureté variable. La cyanite est souvent présente dans des cristaux en forme de lame. Ces cristaux ont une dureté d'environ 5 s'ils sont testés parallèlement au grand axe du cristal et une dureté d'environ 7 s'ils sont testés parallèlement au petit axe d'un cristal. Pourquoi? Ces différentes directions rencontrent différents environnements de liaison dans le cristal de kyanite. Les liaisons qui résistent aux rayures parallèlement au grand axe du cristal à lame sont plus faibles que celles rencontrées lors de la rayure sur la largeur du cristal. Les duretés intermédiaires se rencontrent dans d'autres directions.

Un autre exemple est le diamant. Les personnes qui taillent les diamants connaissent sa dureté variable depuis des centaines d'années. Ils savent que parallèlement aux faces cristallines octaédriques, un cristal de diamant est presque impossible à scier et très difficile à polir. Le diamant peut être cassé dans cette direction par clivage, et la meilleure méthode pour le tailler dans cette direction est le laser. La direction la plus douce et la meilleure pour scier ou polir un cristal de diamant est parallèle à ses faces cristallines cubiques. Cette information est une connaissance essentielle pour les artisans qui planifient la conception d’un diamant à facettes. Le comprendre et l’utiliser permet de gagner du temps, d’économiser de l’argent et de créer un meilleur produit avec moins de gaspillage.

Le vieillissement peut également influer sur la dureté d'un échantillon minéral. Le vieillissement altère la composition des minéraux, le produit résistant aux intempéries étant généralement plus doux que le matériau d'origine. Lorsque vous testez la dureté, les traînées ou autres propriétés d'un minéral, la meilleure méthode de test consiste à tester une surface fraîchement brisée avec le lustre attendu et qui n'a pas été exposé aux intempéries.

À propos des tests de dureté

Le test de dureté développé par Friedrich Mohs a été le premier test connu à évaluer la résistance d'un matériau à la rayure. C'est un test comparatif très simple mais inexact. Peut-être que sa simplicité lui a permis de devenir le test de dureté le plus utilisé.

Depuis que l’échelle de Mohs a été développée en 1812, de nombreux tests de dureté ont été inventés. Ceux-ci incluent des tests de Brinell, Knoop, Rockwell, Shore et Vickers. Chacun de ces tests utilise un minuscule "pénétrateur" qui est appliqué au matériau testé avec une quantité de force soigneusement mesurée. Ensuite, la taille ou la profondeur de l'empreinte et la force sont utilisées pour calculer une valeur de dureté.

Étant donné que chacun de ces tests utilise un appareil différent et des calculs différents, ils ne peuvent pas être comparés directement les uns aux autres. Donc, si le test de dureté Knoop a été effectué, le nombre est généralement indiqué comme une "dureté Knoop". Pour cette raison, les résultats du test de dureté de Mohs doivent également être rapportés comme "dureté de Mohs".

Pourquoi existe-t-il tant de tests de dureté différents? Le type d’essai utilisé est déterminé par la taille, la forme et d’autres caractéristiques des éprouvettes testées. Bien que ces tests soient assez différents du test de Mohs, il existe une corrélation entre eux.

Dureté, Dureté et Force

Lorsque vous testez la dureté, rappelez-vous que vous testez "la résistance aux rayures". Pendant le test, certains matériaux peuvent échouer d'une autre manière. Ils pourraient se briser, se déformer ou s'effriter au lieu de se gratter. Les matériaux durs se cassent souvent lorsqu'ils sont soumis à des contraintes. C'est un manque de ténacité. D'autres matériaux peuvent se déformer ou s'effriter lorsqu'ils sont soumis à des contraintes. Ces matériaux manquent de résistance. Gardez toujours à l'esprit que vous testez la résistance aux rayures. Ne vous laissez pas berner par d’autres types de défaillance de l’échantillon testé.

Utilisations pour les tests de dureté

Le test de dureté de Mohs est presque exclusivement utilisé pour déterminer la dureté relative des échantillons de minéraux. Cela se fait dans le cadre d'une procédure d'identification de minéraux sur le terrain, dans une salle de classe ou en laboratoire lorsque des échantillons facilement identifiés sont examinés ou lorsque des tests plus sophistiqués ne sont pas disponibles.

Dans l'industrie, d'autres tests de dureté sont effectués pour déterminer l'adéquation d'un matériau à un processus industriel spécifique ou à une application d'utilisation finale spécifique. Des tests de dureté sont également effectués dans les processus de fabrication pour confirmer que des traitements de durcissement tels que le recuit, la trempe, le durcissement au travail ou la cémentation ont été effectués conformément aux spécifications.

Quelques notes sur l'orthographe

La balance de dureté de Mohs tire son nom de son inventeur, Friedrich Mohs. Cela signifie qu’une apostrophe n’est pas nécessaire lors de la saisie du nom du test. "Mohs" et "Mohs" sont incorrects.

Google est vraiment intelligent avec ces noms. Vous pouvez même taper "échelle de dureté Moes" en tant que requête et Google sait renvoyer les résultats pour "échelle de dureté Mohs". :-)