इस्पात के लिए तीन कठोरता मानक

किसी धातु की सतह पर कठोर वस्तुओं द्वारा धंसने के प्रतिरोध की क्षमता को कठोरता कहते हैं। विभिन्न परीक्षण विधियों और अनुप्रयोग क्षेत्रों के आधार पर, कठोरता को ब्रिनेल कठोरता, रॉकवेल कठोरता, विकर्स कठोरता, शोर कठोरता, सूक्ष्म कठोरता और उच्च तापमान कठोरता में विभाजित किया जा सकता है। पाइपों के लिए आमतौर पर तीन प्रकार की कठोरताएँ उपयोग की जाती हैं: ब्रिनेल, रॉकवेल और विकर्स कठोरता।

ए. ब्रिनेल कठोरता (एचबी)

एक निश्चित व्यास की स्टील या कार्बाइड की गेंद का उपयोग करके, निर्दिष्ट परीक्षण बल (F) से नमूने की सतह पर दबाव डालें। निर्दिष्ट समय तक दबाव बनाए रखने के बाद, दबाव हटा दें और नमूने की सतह पर बने धंसाव के व्यास (L) को मापें। ब्रिनेल कठोरता मान, दबाव वाली गेंद के पृष्ठीय क्षेत्रफल से परीक्षण बल को भाग देने पर प्राप्त भागफल होता है। इसे HBS (स्टील की गेंद) में व्यक्त किया जाता है और इसकी इकाई N/mm² (MPa) है।

गणना का सूत्र इस प्रकार है:
सूत्र में: F–धातु के नमूने की सतह पर लगाया गया परीक्षण बल, N;
डी – परीक्षण के लिए स्टील बॉल का व्यास, मिलीमीटर में;
d – धंसाव का औसत व्यास, मिमी में।
ब्रिनेल कठोरता का मापन अधिक सटीक और विश्वसनीय है, लेकिन आमतौर पर एचबीएस केवल 450 एन/मिमी² (एमपीए) से कम कठोरता वाली धातु सामग्री के लिए उपयुक्त है और इससे अधिक कठोर इस्पात या पतली प्लेटों के लिए उपयुक्त नहीं है। इस्पात पाइप मानकों में, ब्रिनेल कठोरता सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। सामग्री की कठोरता को व्यक्त करने के लिए अक्सर इंडेंटेशन व्यास d का उपयोग किया जाता है, जो सहज और सुविधाजनक दोनों है।
उदाहरण: 120HBS10/1000130: इसका मतलब है कि 1000 किलोग्राम जीएफ (9.807 केएन) के परीक्षण बल के तहत 30 सेकंड के लिए 10 मिमी व्यास की स्टील की गेंद का उपयोग करके मापा गया ब्रिनेल कठोरता मान 120 एन/मिमी2 (एमपीए) है।

बी. रॉकवेल कठोरता (एचआर)

ब्रिनेल कठोरता परीक्षण की तरह, रॉकवेल कठोरता परीक्षण भी एक इंडेंटेशन परीक्षण विधि है। अंतर यह है कि यह इंडेंटेशन की गहराई को मापता है। यानी, प्रारंभिक परीक्षण बल (Fo) और कुल परीक्षण बल (F) की क्रमिक क्रिया के तहत, इंडेंटर (स्टील मिल का शंकु या स्टील बॉल) को नमूने की सतह पर दबाया जाता है। निर्धारित समय तक दबाए रखने के बाद, मुख्य बल हटा दिया जाता है। परीक्षण बल के मापन के बाद, मापी गई अवशिष्ट इंडेंटेशन गहराई वृद्धि (e) का उपयोग कठोरता मान की गणना करने के लिए किया जाता है। इसका मान एक अज्ञात संख्या है, जिसे प्रतीक HR द्वारा दर्शाया जाता है, और उपयोग किए जाने वाले पैमानों में A, B, C, D, E, F, G, H और K सहित 9 पैमाने शामिल हैं। इनमें से, स्टील कठोरता परीक्षण के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले पैमाने A, B और C हैं, जिन्हें HRA, HRB और HRC के रूप में जाना जाता है।

कठोरता का मान निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना किया जाता है:
A और C स्केल के साथ परीक्षण करते समय, HR=100-e
बी स्केल से परीक्षण करने पर, एचआर = 130-ई
सूत्र में, e – अवशिष्ट इंडेंटेशन गहराई वृद्धि को 0.002 मिमी की निर्दिष्ट इकाई में व्यक्त किया गया है, अर्थात्, जब इंडेंटर का अक्षीय विस्थापन एक इकाई (0.002 मिमी) होता है, तो यह रॉकवेल कठोरता में एक अंक के परिवर्तन के बराबर होता है। e का मान जितना अधिक होगा, धातु की कठोरता उतनी ही कम होगी, और इसके विपरीत भी सत्य है।
उपरोक्त तीनों पैमानों का लागू दायरा इस प्रकार है:
एचआरए (हीरा शंकु इंडेंटर) 20-88
एचआरसी (हीरा शंकु इंडेंटर) 20-70
एचआरबी (व्यास 1.588 मिमी स्टील बॉल इंडेंटर) 20-100
रॉकवेल कठोरता परीक्षण वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि है, जिसमें स्टील पाइप मानकों में ब्रिनेल कठोरता (HB) के बाद दूसरे स्थान पर रॉकवेल कठोरता का उपयोग किया जाता है। रॉकवेल कठोरता का उपयोग अत्यंत नरम से लेकर अत्यंत कठोर तक की धातु सामग्री को मापने के लिए किया जा सकता है। यह ब्रिनेल विधि की कमियों को दूर करता है। यह ब्रिनेल विधि की तुलना में सरल है और कठोरता मान को कठोरता मशीन के डायल से सीधे पढ़ा जा सकता है। हालांकि, इसके छोटे इंडेंटेशन के कारण, कठोरता मान ब्रिनेल विधि जितना सटीक नहीं होता है।

सी. विकर्स कठोरता (एचवी)

विकर्स कठोरता परीक्षण भी एक इंडेंटेशन परीक्षण विधि है। इसमें एक वर्गाकार पिरामिडनुमा हीरे के इंडेंटर को, जिसकी विपरीत सतहों के बीच का कोण 1360 डिग्री होता है, एक चयनित परीक्षण बल (F) से परीक्षण सतह पर दबाया जाता है और निर्दिष्ट समय तक दबाए रखने के बाद हटा दिया जाता है। बल का मान मापते समय, इंडेंटेशन के दोनों विकर्णों की लंबाई मापी जाती है।

विकर्स कठोरता का मान परीक्षण बल और धंसाव सतह क्षेत्र के अनुपात का भागफल होता है। इसका गणना सूत्र इस प्रकार है:
सूत्र में: एचवी-विकर्स कठोरता प्रतीक, एन/मिमी2 (एमपीए);
एफ-परीक्षण बल, एन;
d– इंडेंटेशन के दोनों विकर्णों का अंकगणितीय माध्य, मिमी में।
विकर्स कठोरता में प्रयुक्त परीक्षण बल F का मान 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) Kgf (N) और अन्य छह स्तरों पर होता है। कठोरता का मान 5 से 1000HV की सीमा में मापा जा सकता है।
अभिव्यक्ति विधि का उदाहरण: 640HV30/20 का अर्थ है कि 20 सेकंड के लिए 30Hgf (294.2N) के परीक्षण बल के साथ मापा गया विकर्स कठोरता मान 640N/mm2 (MPa) है।
विकर्स कठोरता विधि का उपयोग बहुत पतली धात्विक सामग्रियों और सतह परतों की कठोरता निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। इसमें ब्रिनेल और रॉकवेल विधियों के मुख्य लाभ मौजूद हैं और उनकी मूलभूत कमियों को दूर किया गया है, लेकिन यह रॉकवेल विधि जितनी सरल नहीं है। इस्पात पाइप मानकों में विकर्स विधि का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।