किसी सामग्री की कठोरता को निर्धारित करने के लिए, स्वीडिश इंजीनियर ब्रिनेल के आविष्कार का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है - एक ऐसी विधि जो सतह के गुणों को मापती है और बहुलक धातुओं की अतिरिक्त विशेषताएं देती है।
सामग्री मूल्यांकन
इस खोज की बदौलत ही अब प्लास्टिक के सबसे प्रभावी उपयोग का मूल्यांकन किया जा रहा है। सीलिंग, सीलिंग और कुशनिंग सामग्री के रूप में उपयोग करने के लिए लोच और कोमलता के लिए बहुत कठिन प्लास्टिक का परीक्षण नहीं किया जाता है। ब्रिनेल का विकास एक ऐसी सामग्री की ताकत और कठोरता को निर्धारित करने का एक तरीका है जो महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में काम करेगा - गियर और रिम्स में, भारी भार के तहत बीयरिंग, थ्रेडेड फिटिंग आदि।
यह विधि ताकत का सबसे सटीक आकलन देती है। पैरामीटर का मान, जिसे P1B द्वारा दर्शाया गया है, को कम करके आंका जाना मुश्किल है। इस उद्देश्य के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला ब्रिनेल का विकास है, एक विधि जिसमें पांच मिलीमीटर स्टील की गेंद को सामग्री में दबाया जाता है। गेंद के इंडेंटेशन की गहराई के अनुसार GOST निर्धारित किया जाता है।
इतिहास
1900 में स्वीडन के एक इंजीनियर जोहान ऑगस्ट ब्रिनेल ने दुनिया के सामने जिस तरीके का प्रस्ताव रखा थासामग्री विज्ञान, प्रसिद्ध बना दिया। इसका नाम न केवल आविष्कारक के नाम पर रखा गया, बल्कि यह सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला, मानकीकृत भी बन गया।
कठोरता क्या है? यह सामग्री का एक विशेष गुण है जो स्थानीय संपर्क क्रिया से प्लास्टिक विरूपण का अनुभव नहीं करता है, जो अक्सर सामग्री में एक अनुक्रमणिका (कठोर शरीर) की शुरूआत के लिए नीचे आता है।
पुनर्प्राप्त और गैर-पुनर्प्राप्त कठोरता
ब्रिनेल विधि बहाल कठोरता को मापने में मदद करती है, जो भार के परिमाण और प्रिंट के आयतन, प्रक्षेपण क्षेत्र या सतह क्षेत्र के अनुपात से निर्धारित होती है। इस प्रकार, कठोरता वॉल्यूमेट्रिक, प्रोजेक्शन और सतह हो सकती है। उत्तरार्द्ध अनुपात द्वारा निर्धारित किया जाता है: छाप के क्षेत्र में लोड। थोक कठोरता को उसके आयतन के भार के अनुपात से मापा जाता है, और प्रक्षेपण कठोरता उस प्रक्षेपण क्षेत्र का भार है जो छाप छोड़ी है।
ब्रिनेल विधि द्वारा अप्रतिबंधित कठोरता समान मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है, केवल प्रतिरोध बल मुख्य मापा मूल्य बन जाता है, जिसका अनुपात सतह क्षेत्र, आयतन या प्रक्षेपण सामग्री में एम्बेडेड सूचकांक द्वारा दिखाया जाता है। वॉल्यूमेट्रिक, प्रोजेक्शन और सतह की कठोरता की गणना उसी तरह की जाती है: प्रतिरोध बल के अनुपात से या तो इंडेक्स के एम्बेडेड हिस्से के सतह क्षेत्र में, या इसके प्रक्षेपण क्षेत्र में, या वॉल्यूम के लिए।
कठोरता का निर्धारण
कठोर सामग्री के संपर्क में आने पर प्लास्टिक और लोचदार विरूपण का विरोध करने की क्षमतासूचकांक कठोरता का निर्धारण है, अर्थात, यह सामग्री का एक इंडेंटेशन परीक्षण है। ब्रिनेल कठोरता विधि एक माप है कि एक प्रारंभ करनेवाला ने कितनी गहराई से सामग्री में प्रवेश किया है। किसी दी गई सामग्री की कठोरता का सटीक मान जानने के लिए, प्रवेश गहराई को मापना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, ब्रिनेल और रॉकवेल विधि है, विकर्स विधि का आमतौर पर कम उपयोग किया जाता है।
यदि रॉकवेल विधि सीधे सामग्री में गेंद के प्रवेश की गहराई को निर्धारित करती है, तो विकर्स और ब्रिनेल इसके सतह क्षेत्र द्वारा छाप को मापते हैं। यह पता चला है कि सामग्री में सूचकांक जितना गहरा होगा, प्रिंट क्षेत्र उतना ही बड़ा होगा। कठोरता के लिए बिल्कुल किसी भी सामग्री का परीक्षण किया जा सकता है: खनिज, धातु, प्लास्टिक, और इसी तरह, लेकिन उनमें से प्रत्येक की कठोरता अपनी विधि से निर्धारित होती है।
रास्ता कैसे खोजे
अमानवीय सामग्रियों के लिए ब्रिनेल कठोरता विधि बहुत अच्छी है, मिश्र धातुओं के लिए जो बहुत कठिन नहीं हैं। न केवल सामग्री का प्रकार माप की विधि निर्धारित करता है, बल्कि स्वयं पैरामीटर भी निर्धारित करता है जिन्हें निर्धारित करने की आवश्यकता होती है। मिश्र धातुओं की कठोरता को मापा जाता है, जैसा कि औसतन था, क्योंकि विभिन्न विशेषताओं वाली सामग्री उनमें सह-अस्तित्व में होती है। उदाहरण के लिए, कच्चा लोहा। इसकी एक बहुत ही विषम संरचना है, इसमें सीमेंटाइट, ग्रेफाइट, पेर्लाइट, फेराइट हैं, और इसलिए कच्चा लोहा की मापी गई कठोरता एक औसत मूल्य है, जिसमें सभी घटकों की कठोरता शामिल है।
ब्रिनेल विधि द्वारा धातुओं की कठोरता का मापन एक बड़े सूचकांक का उपयोग करके किया जाता है, ताकि नमूने के बड़े क्षेत्र पर छाप प्राप्त हो सके।इस प्रकार, इन शर्तों के तहत, कच्चा लोहा के लिए एक मूल्य प्राप्त करना भी संभव है, जो कई और विभिन्न चरणों के लिए औसत है। मिश्र धातुओं की कठोरता को मापते समय यह विधि बहुत अच्छी है - कच्चा लोहा, अलौह धातु, तांबा, एल्यूमीनियम और इसी तरह। यह विधि प्लास्टिक के कठोरता मूल्य को सटीक रूप से इंगित करती है।
रॉकवेल तुलना
यह कठोर और अति कठोर धातुओं के लिए अच्छा है, और परिणामी कठोरता मान भी औसत है। वही स्टील की गेंद या शंकु एक संकेतक के रूप में कार्य करता है, लेकिन उनके अलावा हीरे के पिरामिड का भी उपयोग किया जाता है। रॉकवेल विधि द्वारा मापी जाने पर सामग्री पर छाप भी बड़ी हो जाती है, और विभिन्न चरणों के लिए कठोरता संख्या औसत होती है।
ब्रिनेल और रॉकवेल के तरीके सिद्धांत रूप में भिन्न हैं: पहला इंप्रिंट क्षेत्र की सतह से इंडेंटेशन बल को विभाजित करने के बाद परिणाम को एक भागफल के रूप में प्रस्तुत करता है, जबकि रॉकवेल पैठ की गहराई के अनुपात की गणना पैमाने की इकाई से करता है। वह उपकरण जो गहराई को मापता है। यही कारण है कि रॉकवेल कठोरता व्यावहारिक रूप से आयामहीन है, और ब्रिनेल के अनुसार इसे किलोग्राम प्रति वर्ग मिलीमीटर में स्पष्ट रूप से मापा जाता है।
विकर्स विधि
यदि नमूना बहुत छोटा है या इंडेंटर इंप्रिंट के आकार से छोटी वस्तु को मापना आवश्यक है, जो रॉकवेल या ब्रिनेल कठोरता को मापता है, तो माइक्रोहार्डनेस विधियों का उपयोग किया जाना चाहिए, जिनमें से विकर्स विधि सबसे लोकप्रिय है. सूचकांक एक हीरे का पिरामिड है, और एक माइक्रोस्कोप के समान एक ऑप्टिकल सिस्टम द्वारा छाप की जांच और माप की जाती है। औसत मूल्य भी ज्ञात होगा, लेकिन कठोरता की गणना से की जाती हैबहुत छोटा क्षेत्र।
यदि मापी गई वस्तु का पैमाना बहुत छोटा है, तो एक माइक्रोहार्डनेस टेस्टर का उपयोग किया जाता है, जो एक अलग अनाज, चरण, परत में एक छाप बना सकता है, और इंडेंटेशन लोड को स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है। धातु विज्ञान धातुओं की कठोरता और सूक्ष्मता दोनों को निर्धारित करने के लिए इन विधियों का उपयोग करने की अनुमति देता है, और सामग्री विज्ञान उसी तरह से गैर-धातु सामग्री की सूक्ष्मता और कठोरता को निर्धारित करता है।
रेंज
कठोरता मापने की तीन श्रेणियां हैं। मैक्रो रेंज में, लोड को 2 एन से 30 केएन तक नियंत्रित किया जाता है। माइक्रोरेंज न केवल इंडेक्सर पर लोड को सीमित करता है, बल्कि पैठ की गहराई को भी सीमित करता है। पहला मान 2 एन से अधिक नहीं है, और दूसरा - 0.2 माइक्रोन से अधिक है। नैनोरेंज में, केवल सूचकांक के समावेश की गहराई को विनियमित किया जाता है - 0.2 माइक्रोन से कम। परिणाम सामग्री की नैनोहार्डनेस देता है।
माप पैरामीटर मुख्य रूप से इंडेक्स पर लागू लोड पर निर्भर करते हैं। इस निर्भरता को एक विशेष नाम भी मिला - आकार प्रभाव, अंग्रेजी में - इंडेंटेशन आकार प्रभाव। आकार प्रभाव की प्रकृति को सूचकांक के आकार से निर्धारित किया जा सकता है। गोलाकार - बढ़ते भार के साथ कठोरता बढ़ती है, इसलिए, यह आकार प्रभाव उलट जाता है। विकर्स या बर्कोविच पिरामिड बढ़ते भार (यहां, सामान्य या प्रत्यक्ष आकार प्रभाव) के साथ कठोरता को कम करता है। रॉकवेल विधि के लिए उपयोग किए जाने वाले शंकु-गोले से पता चलता है कि भार बढ़ने से पहले कठोरता में वृद्धि होती है, और फिर, जब गोलाकार भाग पेश किया जाता है,घट रहा है।
सामग्री और माप के तरीके
वर्तमान में अस्तित्व में सबसे कठिन सामग्री कार्बन के दो संशोधन हैं: लोन्सडेलाइट, जो हीरे से आधा कठोर है, और फुलराइट, जो हीरे से दोगुना कठोर है। इन सामग्रियों का व्यावहारिक अनुप्रयोग अभी शुरुआत है, लेकिन अभी के लिए, हीरा आम लोगों में सबसे कठिन है। इसकी सहायता से सभी धातुओं की कठोरता स्थापित होती है।
निर्धारण विधियों (सबसे लोकप्रिय) को ऊपर सूचीबद्ध किया गया था, लेकिन उनकी विशेषताओं को समझने और सार को समझने के लिए, आपको दूसरों पर विचार करने की आवश्यकता है जिन्हें सशर्त रूप से गतिशील, यानी टक्कर और स्थिर में विभाजित किया जा सकता है, जो पहले ही विचार किया जा चुका है। मापन विधि को अन्यथा पैमाना कहा जाता है। यह याद किया जाना चाहिए कि सबसे लोकप्रिय अभी भी ब्रिनेल स्केल है, जहां कठोरता को छाप के व्यास से मापा जाता है, जो सामग्री की सतह में दबाए गए स्टील की गेंद को छोड़ देता है।
कठोरता संख्या का निर्धारण
ब्रिनेल विधि (GOST 9012-59) आपको माप की इकाइयों के बिना कठोरता संख्या लिखने की अनुमति देती है, इसे HB दर्शाती है, जहाँ H कठोरता (कठोरता) है, और B स्वयं ब्रिनेल है। एक छाप के क्षेत्र को एक गोले के हिस्से के रूप में मापा जाता है, न कि एक सर्कल के क्षेत्र के रूप में, जैसा कि मेयर स्केल करता है, उदाहरण के लिए। रॉकवेल विधि इस तथ्य से अलग है कि सामग्री में प्रवेश करने वाले हीरे की गेंद या शंकु की गहराई का निर्धारण करके, कठोरता आयामहीन होती है। इसे एचआरए, एचआरसी, एचआरबी या एचआर नामित किया गया है। परिकलित कठोरता सूत्र इस तरह दिखता है: एचआर=100 (130) - केडी। यहाँ d इंडेंटेशन की गहराई है और k गुणांक है।
विकर्स कठोरता हो सकती हैपिरामिड पर लागू किए गए भार के संबंध में सामग्री की सतह में दबाए गए टेट्राहेड्रल पिरामिड द्वारा छोड़े गए छाप द्वारा निर्धारित किया जाता है। छाप का क्षेत्र एक समचतुर्भुज नहीं है, बल्कि पिरामिड के क्षेत्र का हिस्सा है। विकर्स इकाइयों को किलोग्राम प्रति मिमी के रूप में माना जाना चाहिए2, जिसे एचवी इकाई द्वारा दर्शाया गया है। शोर (इंडेंटेशन) के अनुसार माप की एक विधि भी है, जिसे अक्सर पॉलिमर के लिए उपयोग किया जाता है और इसमें बारह माप पैमाने होते हैं। किनारे से संबंधित आस्कर स्केल (नरम और लोचदार सामग्री के लिए जापानी संशोधन) कई मायनों में पिछली विधि के समान हैं, केवल मापने वाले उपकरण के पैरामीटर अलग हैं और विभिन्न इंडेक्स का उपयोग किया जाता है। शोर के अनुसार एक और तरीका - एक पलटाव के साथ - उच्च-मापांक के लिए, यानी बहुत कठिन सामग्री। इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि किसी सामग्री की कठोरता को मापने वाली सभी विधियों को दो श्रेणियों में बांटा गया है - गतिशील और स्थिर।
उपकरण और उपकरण
कठोरता का निर्धारण करने वाले उपकरणों को कठोरता परीक्षक कहा जाता है, ये वाद्य माप हैं। परीक्षण किसी वस्तु को अलग-अलग तरीकों से प्रभावित करता है, इसलिए विधियां विनाशकारी या गैर-विनाशकारी हो सकती हैं। इन सभी पैमानों के बीच कोई सीधा संबंध नहीं है, क्योंकि कोई भी विधि समग्र रूप से सामग्री के मूलभूत गुणों को नहीं दर्शाती है।
फिर भी, पर्याप्त रूप से अनुमानित तालिकाओं का निर्माण किया गया है, जहां सामग्री की श्रेणियों और उनके व्यक्तिगत समूहों के लिए तराजू और विभिन्न विधियां जुड़ी हुई हैं। प्रयोगों और परीक्षणों की एक श्रृंखला के बाद इन तालिकाओं का निर्माण संभव हो गया। हालांकि, सिद्धांत जोगणना विधियों में से एक को एक विधि से दूसरी विधि में जाने की अनुमति अभी तक मौजूद नहीं है। विशिष्ट विधि जिसके द्वारा कठोरता निर्धारित की जाती है, आमतौर पर उपलब्ध उपकरण, माप कार्यों, माप की स्थिति, और निश्चित रूप से, सामग्री के गुणों के आधार पर चुना जाता है।
