सामग्री की कठोरता एक आवश्यक गुण है जो इंगित करता है कि कोई सामग्री महत्वपूर्ण विरूपण के बिना यांत्रिक बलों का कितनी अच्छी तरह सामना कर सकती है। यह विनिर्माण और इंजीनियरिंग में एक महत्वपूर्ण विशेषता है, जो न केवल उत्पादों के प्रदर्शन और जीवनकाल को प्रभावित करती है, बल्कि उत्पादन प्रक्रिया की दक्षता और अंतिम उत्पादों की गुणवत्ता को भी सीधे प्रभावित करती है। इस लेख में, हम इस बात पर करीब से नज़र डालेंगे कि सामग्री की कठोरता क्या है और इसे कैसे मापा जाता है।
सामग्री कठोरता क्या है?
सामग्री की कठोरता स्थानीयकृत प्लास्टिक विरूपण (स्थायी विरूपण) का विरोध करने की सामग्री की क्षमता को संदर्भित करती है। दूसरे शब्दों में, यह मापता है कि खरोंच, इंडेंटेशन और घर्षण जैसी बाहरी ताकतों की उपस्थिति में परिवर्तन को आकार देने के लिए कोई सामग्री कितनी प्रतिरोधी है।
जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, अधिकांश प्लास्टिक सामग्रियों में कठोरता कम होती है, जबकि हीरे में सेंध लगाना या खरोंचना बेहद मुश्किल होता है। अधिकांश अन्य सामग्रियाँ बीच में कहीं गिरती हैं।
कठोरता को आसानी से अन्य भौतिक गुणों, जैसे क्रूरता और ताकत के साथ भ्रमित किया जा सकता है, फिर भी वे एक सामग्री के तीन अलग-अलग गुणों से संबंधित हैं। विशेष रूप से, कठोरता विरूपण और घिसाव के प्रति सतह के प्रतिरोध को दर्शाती है, जबकि कठोरता किसी सामग्री की ऊर्जा को अवशोषित करने और फ्रैक्चरिंग के बिना प्लास्टिक रूप से विकृत करने की क्षमता को संदर्भित करती है, और ताकत सामग्री की तन्यता, संपीड़न और झुकने वाली ताकतों को झेलने की समग्र क्षमता से संबंधित है। इन गुणों को अलग करने का एक सरल तरीका यह याद रखना है कि कठोरता सतह प्रतिरोध के बारे में है, कठोरता ऊर्जा अवशोषण और विरूपण के बारे में है, और ताकत समग्र भार-वहन क्षमता के बारे में है।
साथ ही, ये संपत्तियां आपस में जुड़ी हुई हैं। उदाहरण के लिए, उच्च कठोरता वाली सामग्रियों में आमतौर पर बेहतर पहनने का प्रतिरोध होता है, जिसका अर्थ है कि कठोर सामग्रियों का उपयोग करने से भागों की टूट-फूट कम हो सकती है और घटकों के जीवनकाल में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है। कठोरता का किसी सामग्री की विरूपण और फ्रैक्चर का विरोध करने की क्षमता से भी गहरा संबंध है। आम तौर पर, उच्च कठोरता वाली सामग्रियों में उच्च तन्यता और संपीड़ित ताकत भी होती है, जिसका उपयोग अक्सर संरचनात्मक स्थिरता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है। हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि उच्च कठोरता वाली सामग्री अधिक भंगुर हो सकती है और उसकी कठोरता कम हो सकती है, जबकि उच्च कठोरता वाली सामग्री की कठोरता कम हो सकती है।
कठोरता के प्रकार
कठोरता की परिभाषा को समझने के बाद, हम यह स्पष्ट करने के लिए इंतजार नहीं कर सकते कि यह कैसे काम आती है। अब, आइए तीन मुख्य प्रकारों का पता लगाएं: इंडेंटेशन कठोरता, स्क्रैच कठोरता, और रिबाउंड कठोरता।
इंडेंटेशन कठोरता
इंडेंटेशन कठोरता निरंतर लोड के अधीन होने पर स्थायी विरूपण के लिए सामग्री के प्रतिरोध को संदर्भित करती है, जो धातुओं पर लागू होने वाला सबसे आम लोडिंग रूप है। इसलिए, कठोरता पर चर्चा करते समय, यह आमतौर पर इंडेंटेशन कठोरता को इंगित करता है।
इसका मूल्यांकन आमतौर पर उन परीक्षणों का उपयोग करके किया जाता है जो एक विशिष्ट बल के तहत किसी कठोर वस्तु द्वारा छोड़े गए इंडेंटेशन की गहराई या आकार को मापते हैं। इंडेंटेशन कठोरता को मापने के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधियों में रॉकवेल, ब्रिनेल और विकर्स कठोरता परीक्षण शामिल हैं।
खरोंच कठोरता
खरोंच कठोरता किसी सामग्री की किसी अन्य धातु के संपर्क के कारण उसकी सतह पर खरोंच का विरोध करने की क्षमता का वर्णन करती है। इसे आम तौर पर मोहस कठोरता परीक्षण का उपयोग करके मापा जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से खनिज और सिरेमिक जैसी भंगुर सामग्री की कठोरता का परीक्षण करने के लिए किया जाता है।
रिबाउंड कठोरता
रिबाउंड कठोरता, जिसे गतिशील कठोरता के रूप में भी जाना जाता है, एक सामग्री की लोच से संबंधित है और प्रभाव पर ऊर्जा को अवशोषित करने और इसे इंडेंटर पर वापस करने की क्षमता का वर्णन करती है।
रिबाउंड कठोरता का आकलन उस ऊंचाई को मापकर किया जाता है जिस पर एक मानक हथौड़ा सामग्री की सतह से रिबाउंड होता है। लीब कठोरता परीक्षक (लीब कठोरता) रिबाउंड कठोरता के सिद्धांत पर आधारित एक उपकरण है।
सामग्री की कठोरता कैसे मापी जा सकती है?
प्रत्येक प्रकार की कठोरता सामग्री के विरूपण और घिसाव के प्रतिरोध पर एक अलग दृष्टिकोण प्रदान करती है, और इसे विभिन्न तरीकों और पैमानों का उपयोग करके मापा जा सकता है। माप विधियों में जाने से पहले, आइए पहले कठोरता इकाइयों की सामान्य समझ लें।
विभिन्न कठोरता इकाइयाँ
जैसा कि ऊपर दी गई तालिका में दिखाया गया है, हम "एचवी", "एचबी" और "एचआरबी" जैसे विभिन्न कठोरता पदनाम देखते हैं। उनका क्या मतलब है? कठोरता मूल्यों में स्वयं न्यूटन या पास्कल जैसी पारंपरिक भौतिक इकाइयाँ नहीं होती हैं। इसके बजाय, उन्हें परीक्षण विधि पदनाम (जैसे एचवी या एचबी) दिए जाते हैं, जो व्यावहारिक उपयोग में प्रभावी रूप से उनकी "इकाइयों" के रूप में काम करते हैं। कठोरता माप के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली इकाइयाँ नीचे दी गई हैं:
एचबी: ब्रिनेल कठोरता संख्या
एचआरए, एचआरबी, एचआरसी, आदि: रॉकवेल कठोरता संख्या
एचवी: विकर्स कठोरता संख्या
एचएलडी, एचएलएस, एचएलई, आदि: लीब कठोरता मूल्य
सामग्री की कठोरता के परीक्षण के लिए सामान्य तरीके
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, कठोरता किसी सामग्री की सतह पर खरोंच, कटने या घिसने का विरोध करने की क्षमता को दर्शाती है। इसे आम तौर पर सामग्री की सतह पर एक निर्दिष्ट भार लागू करके मापा जाता है। कठोरता का परीक्षण करने की सामान्य विधियाँ नीचे दी गई हैं। हम प्रत्येक विधि के सिद्धांतों और प्राथमिक विशेषताओं की रूपरेखा तैयार करते हैं, कठोरता को मापने में प्रत्येक विधि के फायदे और सीमाओं पर प्रकाश डालते हैं।
विधि #1: ब्रिनेल कठोरता परीक्षण
ब्रिनेल कठोरता परीक्षण में एक निर्दिष्ट भार के तहत सामग्री की सतह में आमतौर पर 10 मिमी व्यास वाली कठोर स्टील या कार्बाइड गेंद को दबाना शामिल होता है, जो उस सामग्री के आधार पर भिन्न होता है जिसका आप परीक्षण करने जा रहे हैं। मानक भार 3000 किलोग्राम (या 29420 एन) है, जो आमतौर पर लोहे और स्टील जैसी कठोर धातुओं पर लगाया जाता है। लेकिन तांबे और पीतल जैसी नरम सामग्री के लिए, लागू भार 500 किलोग्राम (या 4905 एन) है। यह लोड एक पूर्व निर्धारित समय के लिए लगाया जाता है और फिर हटा दिया जाता है। सामग्री की सतह पर छोड़े गए इंडेंटेशन का व्यास माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मापा जाता है। ब्रिनेल कठोरता संख्या (HB) की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:
कहां,एफ - किलोग्राम-बल (किलोग्राम) में लागू भार। एसआई प्रणाली में, न्यूटन (एन) को आमतौर पर भार की इकाई के रूप में उपयोग किया जाता है। इस मामले में, एचबी को एचबीएनडी के रूप में भी दर्शाया जा सकता है - गेंद का व्यास, मिमीडी - इंडेंटेशन का व्यास, मिमी
ब्रिनेल कठोरता परीक्षण का उपयोग आमतौर पर कम से मध्यम कठोरता वाली बड़ी या मोटी सामग्री, जैसे कच्चा लोहा, स्टील, अलौह धातु और उनके मिश्र धातुओं के परीक्षण के लिए किया जाता है। यह मोटे या असमान अनाज संरचनाओं वाली सामग्रियों के परीक्षण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है, क्योंकि बड़ा इंडेंटेशन स्थानीय विसंगतियों को औसत करता है। परीक्षण करना अपेक्षाकृत सरल है और इसके लिए न्यूनतम नमूना तैयार करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, रॉकवेल या विकर्स कठोरता परीक्षण जैसी अन्य कठोरता परीक्षण विधियों की तुलना में परीक्षण उपकरण आमतौर पर भारी और कम पोर्टेबल होते हैं।
विधि #2: रॉकवेल कठोरता परीक्षण
इस परीक्षण विधि में सबसे पहले एक प्रीलोड (मामूली भार) के तहत सामग्री की सतह में एक इंडेंटर को दबाना शामिल होता है, आमतौर पर 10 किग्रा, जो इंडेंटर को स्थापित करने और किसी भी सतह की अनियमितताओं को खत्म करने में मदद करता है। फिर, एक अतिरिक्त बड़ा भार लागू किया जाता है, जिसमें कुल भार (मामूली प्लस बड़ा) 60 से 150 किलोग्राम तक होता है, जो इस्तेमाल किए जा रहे पैमाने पर निर्भर करता है। एक निर्दिष्ट ठहराव समय के बाद, प्रमुख भार हटा दिया जाता है, और इंडेंटेशन गहराई को मामूली भार के तहत मापा जाता है।
रॉकवेल कठोरता संख्या को विभिन्न रॉकवेल कठोरता पैमानों का उपयोग करके पढ़ा जा सकता है, जिसमें ए, बी और सी स्केल (एचआरए, एचआरबी, एचआरसी) सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। विभिन्न प्रकार की सामग्रियों और कठोरता श्रेणियों के लिए अलग-अलग पैमाने उपयुक्त होते हैं, प्रत्येक अलग-अलग भार और इंडेंटर प्रकारों का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, कठोर स्टील्स और कठोर मिश्र धातुओं की कठोरता को मापने के लिए, 150 किलोग्राम तक के प्रमुख भार वाले एक हीरे के शंकु इंडेंटर का उपयोग किया जाता है, और कठोरता संख्या "सी" पैमाने पर पढ़ी जाती है। तांबे की मिश्र धातु, एल्यूमीनियम और नरम स्टील जैसी नरम सामग्री के लिए, 100 किलोग्राम तक के बड़े भार वाली 1/16-इंच व्यास वाली स्टील की गेंद का आमतौर पर उपयोग किया जाता है, और कठोरता मान को "बी" पैमाने पर पढ़ा जाता है।
रॉकवेल कठोरता का सूत्र है:
कहां，एन - इस्तेमाल किए गए पैमाने के आधार पर स्केल कारकएस - इस्तेमाल किए गए पैमाने के आधार पर स्केल कारकडी- मामूली भार की तुलना में स्थायी इंडेंटेशन की गहराई, मिमी
यह विधि निष्पादित करने में त्वरित और आसान है, और कठोरता के परिणाम सीधे रॉकवेल कठोरता स्केल से पढ़े जा सकते हैं। विभिन्न सामग्रियों और कठोरता श्रेणियों का परीक्षण करने के लिए कुल 30 पैमाने उपलब्ध हैं। इसलिए, इस पद्धति का उपयोग आमतौर पर विभिन्न उद्योगों में गुणवत्ता नियंत्रण और सामग्री परीक्षण में किया जाता है। हालाँकि, रॉकवेल परीक्षण अत्यंत कठोर सामग्री (जैसे, सिरेमिक) या बहुत नरम सामग्री (जैसे, रबर) के लिए आदर्श नहीं हो सकता है।
विधि #3: विकर्स कठोरता परीक्षण
यह परीक्षण एक वर्गाकार आधार और विपरीत फलकों के बीच 136 डिग्री के कोण वाले हीरे के पिरामिड के आकार के इंडेंटर का उपयोग करता है। इंडेंटर को एक विशिष्ट भार के साथ सामग्री में दबाया जाता है और एक निश्चित अवधि के लिए रखा जाता है। उतारने के बाद एक वर्गाकार इंडेंटेशन छोड़ दिया जाता है। इंडेंटेशन के दो विकर्णों की लंबाई माइक्रोस्कोप या अन्य सटीक मापने वाले उपकरण का उपयोग करके मापी जाती है। इन मापों का उपयोग निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके विकर्स कठोरता संख्या (एचवी) की गणना करने के लिए किया जाता है:
कहाँ,F - लागू भार, kgfd - विकर्णों की औसत लंबाई, मिमी
विकर्स कठोरता परीक्षण बहुमुखी है और इसका उपयोग लगभग सभी सामग्रियों का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है, बहुत नरम धातुओं से लेकर अत्यंत कठोर सिरेमिक तक। यह सटीक कठोरता मान प्रदान करता है और इसे बहुत छोटे क्षेत्रों या पतली परतों पर निष्पादित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, कठोरता मान की गणना करना सरल है क्योंकि सभी सामग्रियों के लिए एक ही हीरे के इंडेंटर का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, इस परीक्षण विधि के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है, जैसे कि माइक्रोहार्डनेस टेस्टर और उच्च गुणवत्ता वाले माइक्रोस्कोप, जो महंगे होते हैं। इसके अलावा, इंडेंटेशन विकर्णों को मापना समय लेने वाला है, खासकर कई परीक्षणों के लिए।
विधि #4: मोह्स कठोरता परीक्षण
मोहस कठोरता परीक्षण एक स्क्रैच परीक्षण है। यह एक गुणात्मक विधि है जो 1 (सबसे नरम) से 10 (सबसे कठिन) के पैमाने पर ज्ञात कठोरता के खनिजों द्वारा खरोंचने के लिए किसी सामग्री के प्रतिरोध की तुलना करती है। टैल्क सबसे नरम (1) है, और हीरा सबसे कठोर (10) है।
यह विधि परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता के बिना सरल और त्वरित निष्पादन वाली है। यह फ़ील्डवर्क और खनिजों और अन्य सामग्रियों की त्वरित पहचान के लिए बहुत उपयोगी है। हालाँकि, यह केवल सापेक्ष कठोरता मान प्रदान करता है और ऑपरेटर के कौशल और अनुभव पर निर्भर करता है।
आधुनिक स्क्रैच परीक्षण सरल मोह्स कठोरता परीक्षण से अधिक परिष्कृत तरीकों में विकसित हुए हैं जो सामग्री कठोरता और पहनने के प्रतिरोध के अधिक सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य माप प्रदान करने के लिए अक्सर सटीक उपकरण, जैसे हीरे इंडेंटर्स और नियंत्रित लोडिंग तंत्र का उपयोग करते हैं। ये परीक्षण सामग्रियों के खरोंच प्रतिरोध को माप सकते हैं और कोटिंग्स, धातु, सिरेमिक और कंपोजिट सहित विभिन्न उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
विधि #5: स्क्लेरोस्कोप परीक्षण
स्क्लेरोस्कोप परीक्षण किसी सामग्री की रिबाउंड कठोरता को मापता है। इसमें हीरे की नोक वाले हथौड़े का उपयोग करके सामग्री पर एक निश्चित ऊंचाई से गिराया जाता है, और रिबाउंड ऊंचाई को मापा जाता है। रिबाउंड जितना अधिक होगा, सामग्री उतनी ही कठोर होगी।
यह परीक्षण एक पारंपरिक लेकिन प्रत्यक्ष और गैर-विनाशकारी माप है, जो अब अक्सर अधिक विशिष्ट या ऐतिहासिक संदर्भों में पाया जाता है। इसके विपरीत, लीब कठोरता परीक्षण, जो परीक्षण द्रव्यमान के पलटाव वेग पर आधारित एक गैर-विनाशकारी परीक्षण भी है, ने आधुनिक अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर स्क्लेरोस्कोप परीक्षण को प्रतिस्थापित कर दिया है। लीब कठोरता परीक्षण अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से क्षेत्र परीक्षण और बड़े पैमाने पर औद्योगिक उपयोग के लिए, इसकी पोर्टेबिलिटी, बहुमुखी प्रतिभा के कारण, और इसमें अक्सर डिजिटल रीडिंग शामिल होती है।
सामग्री कठोरता चार्ट
एक बार जब आप यह जान लेते हैं कि भाग किस प्रकार की लोड स्थितियों से गुजरेगा, तो आप अपने सामग्री विकल्पों की तुलना करने के लिए उपरोक्त कठोरता परीक्षण विधियों में से किसी पर भी विचार कर सकते हैं। वैकल्पिक रूप से, आप आपूर्तिकर्ताओं और Matweb जैसे ऑनलाइन संसाधनों द्वारा प्रदान की गई जानकारी पर भरोसा कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, सामग्री कठोरता चार्ट भी विभिन्न सामग्रियों की कठोरता को समझने और तुलना करने के लिए एक महत्वपूर्ण संदर्भ उपकरण है। निम्नलिखित चार्ट विभिन्न माप विधियों का उपयोग करके इन विभिन्न सामग्रियों की कठोरता मान प्रदान करता है।
कठोरता परीक्षण और सामग्री चयन के लिए चिग्गो के साथ काम करें
यदि आप अपने प्रोजेक्ट के लिए सही सामग्री चुनना चाहते हैं, तो आपको सामग्री की कठोरता को समझना होगा। 10 वर्षों से अधिक अनुभव और सामग्रियों की एक विस्तृत श्रृंखला को संसाधित करने की क्षमता वाले सीएनसी मशीनिंग निर्माता के रूप में, हम अपने विश्वसनीय कच्चे माल आपूर्तिकर्ताओं से सबसे सटीक कठोरता डेटा प्राप्त कर सकते हैं। हमारी एक इन-हाउस फ़ैक्टरी भी है और हम अपनी गुणवत्ता नियंत्रण प्रक्रियाओं के एक अनिवार्य भाग के रूप में नियमित कठोरता परीक्षण करते हैं।
बेशक, यदि आपकी विशिष्ट आवश्यकताएं हैं, तो हम पेशेवर और विस्तृत परीक्षण रिपोर्ट प्रदान कर सकते हैं। हमारे पास न केवल गुणवत्ता नियंत्रण विशेषज्ञों की एक टीम है जो सामग्रियों की कठोरता का परीक्षण कर सकती है, बल्कि हमारे पास यह सुनिश्चित करने के लिए इंजीनियरों और मशीनिस्टों की एक पेशेवर टीम भी है कि प्रत्येक परियोजना
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
हम उचित कठोरता परीक्षण विधि का चयन कैसे कर सकते हैं?
उपयुक्त कठोरता परीक्षण विधि का चयन करते समय, हमें सामग्री के प्रकार, उसकी मोटाई, सतह की स्थिति और आवश्यक परीक्षण सटीकता जैसे कारकों पर विचार करना चाहिए। नीचे दिए गए बिंदु एक महत्वपूर्ण संदर्भ के रूप में हो सकते हैं:
मोटी सामग्री या मोटे सूक्ष्म संरचनाओं वाली बड़ी सामग्री के लिए - ब्रिनेल कठोरता परीक्षण उपयुक्त है।
यदि आपको विनिर्माण सेटिंग में विभिन्न सामग्रियों के लिए त्वरित, प्रत्यक्ष, गैर-विनाशकारी माप की आवश्यकता है - रॉकवेल कठोरता परीक्षण उपयुक्त है।
जब आपको पतली सामग्री या छोटे भागों के लिए सटीक माप की आवश्यकता होती है - विकर्स कठोरता परीक्षण उपयुक्त है।
जब ऑन-साइट या गैर-विनाशकारी परीक्षण करने की आवश्यकता होती है - लीब कठोरता परीक्षण पोर्टेबिलिटी और सुविधा प्रदान करता है।
कठोरता संख्या और तनाव-तनाव वक्र के बीच क्या संबंध है?
कठोरता संख्या किसी सामग्री के इंडेंटेशन या खरोंच के प्रतिरोध का एक मात्रात्मक संकेतक प्रदान करती है, जबकि तनाव-तनाव वक्र विभिन्न तनाव स्तरों के तहत सामग्री के विरूपण व्यवहार का एक व्यापक प्रदर्शन प्रदान करता है।
यद्यपि कठोरता और तनाव-तनाव मापदंडों के बीच कोई सीधा गणितीय संबंध नहीं है, कठोरता संख्या अक्सर सामग्री के लोचदार मापांक और उपज शक्ति के अप्रत्यक्ष संकेत के रूप में काम कर सकती है। उच्च कठोरता संख्या वाली सामग्री आम तौर पर एक तीव्र लोचदार क्षेत्र और तनाव-तनाव वक्र पर एक उच्च उपज बिंदु प्रदर्शित करती है, जो इसकी उच्च उपज शक्ति और विरूपण के लिए अधिक प्रतिरोध का संकेत देती है। इसके विपरीत, कम कठोरता संख्या वाली सामग्री वक्र पर लंबे प्लास्टिक क्षेत्र के साथ अधिक लचीला व्यवहार प्रदर्शित कर सकती है। सामग्रियों के यांत्रिक गुणों का व्यापक मूल्यांकन करने के लिए, इन दो कारकों के बीच संबंध को समझना आवश्यक है।
