कठोरता क्या है? कठोरता का निर्धारण

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

कौन सा सख्त है, ग्रेनाइट या मार्बल, निकल या एल्युमिनियम? और वैसे भी कठोरता क्या है? हम अपने लेख में इन सवालों के जवाब देने की कोशिश करेंगे। कई विदेशी वैज्ञानिकों ने खनिजों और पदार्थों की कठोरता को निर्धारित करने की समस्या का सामना किया। इनमें अल्बर्ट शोर, फ्रेडरिक मूस, जोहान अगस्त ब्रिनेल, विलियम विकर्स और अन्य शामिल हैं। हालाँकि, विज्ञान में कठोरता की गणना के लिए एकमात्र और आम तौर पर स्वीकृत विधि अभी भी मौजूद नहीं है।

कठोरता क्या है?

विज्ञान को ज्ञात प्रत्येक पदार्थ में कई विशिष्ट भौतिक गुण और गुण होते हैं। यह लेख चर्चा करेगा कि कठोरता क्या है। यह एक सामग्री की दूसरे, अधिक टिकाऊ शरीर के प्रवेश का विरोध करने की क्षमता है (उदाहरण के लिए, एक काटने या भेदी उपकरण)।

पदार्थों की कठोरता को अक्सर विशेष इकाइयों में मापा जाता है - kgf/mm² (किलोग्राम-बल प्रति वर्ग मिलीमीटर क्षेत्रफल)। इसे चुने हुए पैमाने के आधार पर लैटिन अक्षरों एचबी, एचआरसी या एचआरबी में नामित किया गया है।

पृथ्वी पर सबसे कठोर खनिज हीरा है। अगर हम कृत्रिम मूल की सामग्री के बारे में बात करते हैं, तो सबसे टिकाऊ फुलराइट है। यह एक आणविक क्रिस्टल है जो उच्च तापमान (लगभग 300 डिग्री सेल्सियस) और अत्यधिक उच्च दबाव (90,000 से अधिक वायुमंडल) पर बनता है। वैज्ञानिकों के अनुसार फुलराइट हीरे से करीब डेढ़ गुना सख्त होता है।

कठोरता क्या है?

कठोरता के तीन मुख्य विकल्प हैं:

• सतह (प्रिंट के सतह क्षेत्र के भार के अनुपात से निर्धारित)।
• प्रोजेक्शन (छाप के प्रक्षेपण क्षेत्र में भार का अनुपात)।
• वॉल्यूम (लोड टू प्रिंट वॉल्यूम अनुपात)।

इसके अलावा, भौतिक निकायों की कठोरता को चार श्रेणियों में मापा जाता है:

1. नैनोहार्डनेस (1 gf से कम लोड)।
2. सूक्ष्म कठोरता (1 - 200 gf)।
3. कम भार पर कठोरता (200 gf - 5 kgf)।
4. मैक्रोहार्डनेस (5 किग्रा से अधिक)।

धातुओं की कठोरता

मेंडेलीफ की आवर्त प्रणाली के 104 तत्वों में से 82 धातुएं हैं। और मनुष्य को ज्ञात मिश्र धातुओं की कुल संख्या पाँच हज़ार तक पहुँच जाती है! आधुनिक दुनिया में धातुओं का दायरा अविश्वसनीय रूप से विस्तृत है। ये सैन्य और रासायनिक उद्योग, धातु विज्ञान, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, अंतरिक्ष उद्योग, गहने, जहाज निर्माण, चिकित्सा, आदि हैं।

धातुओं की सभी भौतिक और रासायनिक विशेषताओं में कठोरता अंतिम से बहुत दूर हैभूमिका। आखिरकार, वह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करती है:

• धातु के पहनने के प्रतिरोध की डिग्री;
• दबाव प्रतिरोध;
• अन्य सामग्रियों को काटने की इसकी क्षमता।

अन्य बातों के अलावा, धातु की कठोरता से पता चलता है कि क्या इसे कुछ मशीनों पर संसाधित किया जा सकता है, क्या इसे पॉलिश किया जा सकता है या नहीं। वैसे, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से साबित किया है कि धातु की कठोरता काफी हद तक इसके अन्य यांत्रिक गुणों को निर्धारित करती है।

लोहे, तांबे और एल्युमिनियम की कठोरता कितनी होती है? और कौन सी धातु सबसे कठोर और सबसे टिकाऊ है?

मैग्नीशियम और एल्युमीनियम सबसे नरम धातुओं में से हैं। उनकी कठोरता का मान 5 kgf/mm² के भीतर भिन्न होता है। लगभग दोगुना कठोर - निकेल और कॉपर (लगभग 10 किग्रा/मिमी²)। लोहे की कठोरता का अनुमान 30 kgf/mm² है। खैर, प्राकृतिक उत्पत्ति की सबसे कठोर धातुओं में टाइटेनियम, ऑस्मियम और इरिडियम शामिल हैं।

कठोरता का निर्धारण: तरीके, तरीके और दृष्टिकोण

भौतिक शरीर की कठोरता को कैसे मापा जाता है? ऐसा करने के लिए, एक तथाकथित इंडेंटर को नमूने में पेश किया जाता है। इसकी भूमिका एक भारी धातु की गेंद, पिरामिड या हीरे के शंकु द्वारा निभाई जा सकती है। इंडेंटर के सीधे संपर्क प्रभाव के बाद, परीक्षण नमूने पर एक छाप बनी रहती है, जिसका आकार सामग्री की कठोरता को निर्धारित करता है।

व्यवहार में, कठोरता को मापने के तरीकों के दो समूहों का उपयोग किया जाता है:

1. गतिशील।
2. गतिज।

इस मामले में, शरीर में इंडेंटर की शुरूआत के दौरान लागू भार किया जा सकता हैखरोंच, इंडेंटिंग (अक्सर), काटने या रिबाउंडिंग द्वारा।

आज कठोरता का निर्धारण करने के लिए कई अलग-अलग दृष्टिकोण हैं:

• रॉकवेल;
• ब्रिनेल;
• विकर्स के अनुसार;
• शोर द्वारा;
• मोह के अनुसार।

तदनुसार, सामग्री की कठोरता के कई अलग-अलग पैमाने हैं, उनके बीच कोई सीधा संबंध नहीं है। एक या दूसरी माप विधि कई कारकों (उदाहरण के लिए, किसी विशेष सामग्री के गुण, प्रयोग की शर्तें, उपयोग किए गए उपकरण, आदि) के आधार पर चुनी जाती है। धातुओं या खनिजों की कठोरता को निर्धारित करने वाले उपकरणों को सामान्यतः कठोरता परीक्षक कहा जाता है।

रॉकवेल विधि

रॉकवेल की कठोरता का मूल्य परीक्षण टुकड़े की सतह पर छोड़े गए हीरे के शंकु या धातु की गेंद के इंडेंटेशन की गहराई से निर्धारित होता है। इसके अलावा, यह आयामहीन है और इसे एचआर अक्षरों द्वारा दर्शाया गया है। बहुत नरम सामग्री में नकारात्मक कठोरता मान हो सकते हैं।

तथाकथित रॉकवेल कठोरता परीक्षक का आविष्कार पिछली शताब्दी की शुरुआत में अमेरिकी ह्यूग रॉकवेल और स्टेनली रॉकवेल द्वारा किया गया था। आप निम्न वीडियो में देख सकते हैं कि यह कैसे काम करता है। इस पद्धति के लिए एक महत्वपूर्ण कारक परीक्षण नमूने की मोटाई है। यह टेस्ट बॉडी में इंडेंटर की पैठ गहराई से दस गुना से कम नहीं होना चाहिए।

इंडेंटर के प्रकार और लागू लोड के आधार पर, तीन मापने के पैमाने हैं। उन्हें तीन लैटिन अक्षरों द्वारा नामित किया गया है: ए, बी और सी। रॉकवेल कठोरता मूल्य का एक संख्यात्मक रूप है। उदाहरण के लिए: 25.5 एचआरसी (अंतिम.)पत्र उस पैमाने को इंगित करता है जो परीक्षण में उपयोग किया गया था)।

ब्रिनेल विधि

ब्रिनेल कठोरता मान परीक्षण की जा रही धातु की सतह पर एक कठोर स्टील बॉल द्वारा छोड़े गए छाप के व्यास द्वारा निर्धारित किया जाता है। माप की इकाई kgf/mm² है।

विधि का प्रस्ताव 1900 में स्वीडिश इंजीनियर जोहान अगस्त ब्रिनेल द्वारा प्रस्तावित किया गया था। परीक्षण निम्नानुसार किया जाता है: पहले, नमूने पर इंडेंटर का प्रीलोड सेट किया जाता है, और उसके बाद ही - मुख्य। इसके अलावा, इस भार के तहत सामग्री 30 सेकंड तक का सामना कर सकती है, जिसके बाद इंडेंटेशन की गहराई को मापा जाता है। ब्रिनेल कठोरता (एचबी के रूप में संदर्भित) की गणना परिणामी प्रिंट के सतह क्षेत्र में लागू भार के अनुपात के रूप में की जाती है।

विभिन्न सामग्रियों के लिए कुछ कठोरता मान (ब्रिनेल के अनुसार):

• लकड़ी – 2, 6-7, 0 एचबी.
• एल्यूमीनियम - 15 एचबी।
• कॉपर – 35 एचबी।
• हल्का स्टील - 120 एचबी।
• ग्लास - 500 एचबी।
• टूल स्टील - 650-700 एचबी।

विकर्स विधि

विकर्स विधि के अनुसार एक नियमित चतुष्कोणीय पिरामिड के आकार वाले नमूने में हीरे की नोक को दबाकर कठोरता का निर्धारण किया जाता है। भार को हटाने के बाद, सामग्री की सतह पर बने दो विकर्णों को मापें और अंकगणितीय माध्य मान d (मिलीमीटर में) की गणना करें।

विकर्स कठोरता परीक्षक काफी कॉम्पैक्ट है (नीचे फोटो देखें)। परीक्षण कमरे के तापमान (+20 डिग्री) पर किया जाता है। शरीर की कठोरता मान एचवी अक्षरों द्वारा इंगित की जाती है।

शोर विधि

कठोरता मापने की यह विधि अमेरिकी आविष्कारक अल्बर्ट शोर द्वारा प्रस्तावित की गई थी। इसे अक्सर "रिबाउंड विधि" के रूप में भी जाना जाता है। शोर कठोरता को मापते समय, मानक आकार और द्रव्यमान का एक स्ट्राइकर परीक्षण की जा रही सामग्री की सतह पर एक निश्चित ऊंचाई से गिरा दिया जाता है। इस प्रयोग का मुख्य मूल्य स्ट्राइकर की रिबाउंड ऊंचाई है, जिसे पारंपरिक इकाइयों में मापा जाता है।

तटीय कठोरता को 20 से 140 इकाइयों की सीमा में मापा जाता है। एक सौ इकाइयाँ 13.6 मिमी (± 0.5 मिमी) की एक पलटाव ऊंचाई से मेल खाती हैं। मानक के अनुसार, यह मान कठोर कार्बन स्टील की कठोरता है। शोर के अनुसार सामग्री की कठोरता को मापने के लिए एक आधुनिक उपकरण को स्क्लेरोस्कोप या ड्यूरोमीटर कहा जाता है (इसे नीचे फोटो में देखा जा सकता है)।

मोह स्केल

मोह कठोरता पैमाना सापेक्ष है और विशेष रूप से खनिजों पर लागू होता है। दस खनिजों को संदर्भ खनिजों के रूप में चुना गया था, जिन्हें बढ़ती कठोरता के क्रम में व्यवस्थित किया गया था (नीचे फोटो आरेख में)। तदनुसार, पैमाने के 10 अंक हैं (1 से 10 तक)।

खनिज पैमाने की कठोरता का प्रस्ताव जर्मन वैज्ञानिक फ्रेडरिक मूस ने 1811 में दिया था। फिर भी, यह अभी भी भूविज्ञान में प्रयोग किया जाता है।

मोह पैमाने पर किसी विशेष खनिज की कठोरता का निर्धारण कैसे करें? यह नमूने द्वारा छोड़े गए खरोंच की सावधानीपूर्वक जांच करके किया जा सकता है। नाखून, तांबे का सिक्का, कांच का टुकड़ा या स्टील के चाकू का उपयोग करना सुविधाजनक है।

तो अगरपरीक्षित खनिज बिना खुजलाए कागज पर लिखता है तो उसकी कठोरता एक के बराबर होती है। यदि पत्थर को आसानी से एक नाखून से खरोंच दिया जाता है, तो इसकी कठोरता 2 होती है। तीन बिंदुओं में खनिज होते हैं जो चाकू से आसानी से खरोंच हो जाते हैं। यदि आपको पत्थर पर निशान छोड़ने के लिए कुछ प्रयास करने की आवश्यकता है, तो इसकी कठोरता 4 या 5 है। 6 या उससे अधिक की कठोरता वाले खनिज चाकू के ब्लेड पर खरोंच छोड़ देते हैं।

निष्कर्ष में…

तो कठोरता क्या है? यह स्थानीय संपर्क बलों के प्रभाव में विनाश और विरूपण का विरोध करने के लिए एक भौतिक शरीर की क्षमता है। पृथ्वी पर सबसे कठोर खनिज हीरा माना जाता है, और सबसे टिकाऊ धातु इरिडियम है। आधुनिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी में, कई कठोरता माप विधियों का उपयोग किया जाता है (ब्रिनेल, रॉकवेल, विकर्स, शोर और मोह के अनुसार)।