धातु सामग्री के लिए कठोरता परीक्षक का सटीक रूप से उपयोग कैसे करें

इंडेंटेशन कठोरता परीक्षण क्या है और इसका महत्व क्यों है

अंकन कठोरता परीक्षण मूल रूप से यह जांचता है कि किसी सामग्री पर निश्चित भार डालने पर उसके स्थायी रूप से विकृत होने के प्रति प्रतिरोध कितना है। इस प्रकार के परीक्षण से यह जानने में महत्वपूर्ण सुराग मिलते हैं कि समय के साथ कोई वस्तु कितनी अच्छी तरह से घिसावट और दुरुपयोग का सामना कर पाएगी। इस प्रक्रिया में हीरे के शंकु, इस्पात की गेंदों या पिरामिड आकार के अंकन उपकरणों को एक चिकनी सतह में दबाया जाता है, फिर बने धब्बे के आकार को मापा जाता है। एयरोस्पेस निर्माण या कार उत्पादन जैसे क्षेत्रों में काम करने वाली कंपनियों के लिए, ये परीक्षण इस बात की जांच करने के लिए आवश्यक हैं कि ऊष्मा उपचारित इस्पात भाग गुणवत्ता मानकों के अनुरूप हैं या नहीं, या यह सुनिश्चित करने के लिए कि एल्युमीनियम मिश्र धातुएँ विनिर्देश के भीतर हैं। यदि सामग्री पर्याप्त कठोर नहीं है, तो उनके अपेक्षा से बहुत पहले विफल होने की प्रवृत्ति होती है, जो विमान या वाहन बनाते समय किसी को नहीं चाहिए।

रॉकवेल, ब्रिनल और विकर्स कठोरता परीक्षण के मूल सिद्धांत

• रॉकवेल कठोरता परीक्षण : एक प्रारंभिक 10 किग्रा-बल भार लगाता है, जिसके बाद एक प्रमुख भार (60–150 किग्रा-बल) लगाया जाता है। गहराई के अंतर से HRC (कठोरीकृत इस्पात के लिए) या HRB (नरम धातुओं के लिए) जैसे पैमाने पर कठोरता निर्धारित की जाती है।
• ब्रिनेल कठोरता परीक्षण : 10–30 सेकंड तक 500–3000 किग्रा-बल भार का उपयोग टंगस्टन कार्बाइड गेंद के साथ किया जाता है। छिद्र का व्यास (HBW) ढलवां लोहे जैसी स्थूल-कण सामग्री के लिए आदर्श है।
• विकर्स कठोरता परीक्षण : 1–120 किग्रा-बल भार के तहत 136° हीरा पिरामिड का उपयोग करता है। विकर्ण माप (HV) पतली लेपन या भंगुर सेरामिक्स के लिए सटीक सूक्ष्म-कठोरता डेटा प्रदान करते हैं।

सामान्य धातुओं में कठोरता परीक्षण प्रदर्शन की तुलना

रॉकवेल परीक्षण गुणवत्ता नियंत्रण में ब्रिनल की तुलना में 50% तेज परिणाम प्रदान करता है (ASM इंटरनेशनल 2023), जबकि 1 kgf से कम पर पॉलिश किए गए नमूनों पर विकर्स ±2% सटीकता प्राप्त करता है। उच्च-उत्पादन निर्माता आमतौर पर रॉकवेल का चयन करते हैं; सटीकता प्रयोगशालाएं विकर्स को प्राथमिकता देती हैं।

सामग्री और अनुप्रयोग के आधार पर सही कठोरता परीक्षक का चयन

रॉकवेल कठोरता स्केल (HRC, HRB) और उनके औद्योगिक उपयोग

रॉकवेल कठोरता परीक्षण अपने विभिन्न पैमानों की श्रृंखला के कारण कई उद्योगों में जाना-माना तरीका बन गया है। एचआरसी पैमाना लगभग 150 किलोग्राम बल के साथ सामग्री में दबाए गए हीरे के टिप के साथ काम करता है, जिससे यह ब्रिनल पैमाने पर लगभग 220 से अधिक कठोरता वाले ऊष्मा उपचारित इस्पात की जाँच के लिए उत्तम है। एल्युमीनियम या पीतल जैसी नरम सामग्री के लिए, निर्माता आमतौर पर एचआरबी पर जाते हैं, जिसमें लगभग 1/16 इंच व्यास की छोटी स्टील बॉल का उपयोग 100 kgf बल के साथ किया जाता है। ये विधियाँ इतने समय तक क्यों बनी रहती हैं? खैर, ये परीक्षण काफी तेज़ होते हैं, जिनमें केवल 10 से 15 सेकंड लगते हैं, और यदि सब कुछ सही ढंग से सेट अप है, तो मापन आमतौर पर एक रॉकवेल इकाई के प्लस या माइनस के भीतर सटीक होते हैं। गति और विश्वसनीयता के इस संयोजन के कारण ऑटो निर्माता और एयरोस्पेस कंपनियाँ नए विकल्पों के उपलब्ध होने के बावजूद अभी भी रॉकवेल परीक्षण पर भारी निर्भरता रखती हैं।

ब्रिनल या विकर्स कठोरता परीक्षण विधियों का चयन कब करें

ब्रिनल परीक्षण में ढलवां लोहे जैसी खुरदरी या असमान सामग्री के लिए बहुत अच्छा परिणाम मिलता है, क्योंकि इसमें 10 मिमी टंगस्टन कार्बाइड की गेंद का उपयोग किया जाता है जो सतह की अनियमितताओं को समतल करने में मदद करती है। 1 मिमी से कम मोटाई वाली या केस हार्डन सतहों वाली पतली सामग्री के लिए, विकर्स कठोरता परीक्षण (HV पैमाने पर मापा जाता है) उपयुक्त विधि बन जाता है। इसमें हीरे के पिरामिड आकार के इंडेंटर का उपयोग किया जाता है और माप में लगभग 0.5% पुनरावृत्ति के साथ काफी सुसंगत परिणाम देता है। 2023 के हालिया शोध में दिखाया गया कि 0.8 मिमी से कम मोटाई वाले कार्बराइज्ड गियर दांतों के साथ काम करते समय रॉकवेल विधि की तुलना में विकर्स कितना बेहतर प्रदर्शन करता है। भिन्नता लगभग 98% तक कम हो गई, जो इन छोटे घटकों के साथ काम करने वाले निर्माताओं के लिए गुणवत्ता नियंत्रण में बहुत बड़ा अंतर लाता है।

सामग्री की मोटाई और प्रकार को सही कठोरता परीक्षक से मिलाना

मोटे ढलवां भाग ब्रिनल की गहरी प्रवेश क्षमता (3,000 kgf तक) से लाभान्वित होते हैं, जबकि पतली स्टेनलेस स्टील शीट्स को विकर्स की सटीकता की आवश्यकता होती है। यह सुनिश्चित करें कि लागू बल नमूने की मोटाई के 1/10वें भाग से अधिक न हो, अन्यथा परिणामों में 12% तक की त्रुटि आ सकती है (ASTM E18-24)।

कठोरता परखने वाले यंत्र के मापन में सटीकता सुनिश्चित करने वाले प्रमुख कारक

उचित सतह तैयारी और नियमित कैलिब्रेशन

सतह तैयारी मापन सटीकता के लगभग 40% तक को प्रभावित करती है (ASTM E18-24)। गलत पढ़ने से बचने के लिए नमूनों को 0.4 µm से कम की खुरदरापन (Ra) तक पीसें। हर तीन महीने में या 500 परीक्षणों के बाद कठोरता परखने वाले यंत्र का कैलिब्रेशन करें—अप्रमाणित उपकरण ±1.5 HRC तक विचलित हो सकते हैं (NIST 2023 अध्ययन)।

नमूने का सही समर्थन और इंडेंटर का लंबवत संरेखण

गलत माउंटिंग से झुके हुए निशान पड़ते हैं, जिससे दोहराव क्षमता में 12% तक की कमी आती है (ISO 6508:2023)। स्वचालित समतलीकरण क्षमता वाली हाइड्रोलिक वर्कटेबल गियर और बेयरिंग जैसे घुमावदार भागों के लिए आवश्यक ±0.1° के भीतर संरेखण बनाए रखती हैं।

विकृति को रोकने के लिए सही निशान की दूरी और किनारे की दूरी

काम के कठोरीकरण के प्रभाव से बचने के लिए निशानों के बीच कम से कम 2.5 गुना निशान का व्यास अंतर रखें। पतली सामग्री (<1 मिमी) के लिए, 0.8 मिमी से कम किनारे की दूरी प्लास्टिक प्रवाह के कारण विकर्स मान में 20% तक की कमी कर सकती है (ASTM E384-23)।

कठोरता परीक्षण में निशानकर्ताओं के प्रकार और बल नियंत्रण

हीरे के ब्रेल निशानकर्ता (HRC में उपयोग किए जाते हैं) कठोर इस्पात पर <±0.7% भिन्नता उत्पन्न करते हैं, जो बॉल निशानकर्ताओं (HRB में ±1.2%) की तुलना में बेहतर है। ISO 6506-23 प्रोटोकॉल का पालन करने वाले सर्वो-नियंत्रित टेस्टर मैनुअल प्रणालियों की तुलना में ठहराव समय की त्रुटियों में 65% की कमी करते हैं।

रॉकवेल कठोरता परीक्षण करने के लिए चरण दर चरण मार्गदर्शिका

नमूना तैयार करना और डिजिटल रॉकवेल टेस्टर को कैलिब्रेट करना

400 ग्रिट अपघर्षक कागज का उपयोग करते समय नमूने को 0.8 माइक्रोमीटर से कम Ra मान तक पॉलिश करने की आवश्यकता होती है। यहाँ सतह की खुरदरापन बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कठोरता के मापन में वास्तव में 3 HRC अंक तक का परिवर्तन कर सकता है। जब यह जाँच रहे हों कि क्या टेस्टर सही ढंग से कैलिब्रेट है, तो हमेशा उन प्रमाणित संदर्भ ब्लॉक्स का उपयोग करें जो हमारे द्वारा मापने की अपेक्षा के अनुरूप हों, उदाहरण के लिए 20 से 70 HRC के बीच। मानकों के अनुसार हमें ISO 6508-1 दिशानिर्देशों के अनुसार हर तीन महीने में कम से कम एक बार या लगभग 500 परीक्षण पूरा करने के बाद इस कैलिब्रेशन की जाँच करनी चाहिए। और उन कठिन घुमावदार सतहों के लिए? हमें विशेष फिक्सचर की आवश्यकता होती है जो सब कुछ सीधे संरेखित रखें, आदर्श रूप से आधे डिग्री के भीतर। इन विवरणों को सही ढंग से करने से सटीक परिणाम प्राप्त करने में बहुत अंतर आता है।

मानकों के अनुसार प्रारंभिक और प्रमुख भार लागू करना

1. इंडेंटर–हीरे के शंकु (HRC) या 1/16” स्टील बॉल (HRB) को स्थापित करें
2. तब तक 2–3 सेकंड के लिए 10 किलोग्राम-बल का प्रीलोड लागू करें जब तक "Prelim OK" प्रदर्शित न हो जाए
3. ASTM E18 के अनुसार धीरे-धीरे प्रमुख भार (60–150 kgf) स्वचालित रूप से लगाएं:
   • मानक सामग्री: 10–15 सेकंड
   • मुलायम मिश्र धातुओं/प्लास्टिक: 30 सेकंड

यदि दबाव ±1% से अधिक उतार-चढ़ाव करता है, तो परिणाम अमान्य हो जाते हैं। HR-550 जैसे आधुनिक परीक्षक एकीकृत तनाव गेज के माध्यम से भार स्थिरता की निगरानी करते हैं।

आधुनिक कठोरता परीक्षक प्रदर्शन से परिणाम पढ़ना और व्याख्या करना

डिजिटल परीक्षक गहराई में अंतर को सीधे HRC या HRB मानों में परिवर्तित कर देते हैं, जिससे मैनुअल रूपांतरण की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। उदाहरण के लिए:

• गहराई में अंतर: 0.08 मिमी → 60 HRC
• गहराई में अंतर: 0.14 मिमी → 40 HRC

किनारों से कम से कम इंडेंट व्यास के 3 गुना दूरी पर तीन परीक्षण करें। स्वीकार्य परिणाम ±2 HRC परिवर्तन दिखाते हैं। उन्नत मॉडल समय-स्टैम्प और ISO ऑडिट अनुपालन के लिए कैलिब्रेशन लॉग के साथ मापन को संग्रहीत करते हैं।

परिशुद्ध मापन के लिए कठोरता परीक्षण उपकरण तकनीक में हाल की प्रगति

डिजिटल रॉकवेल बेंचटॉप टेस्टर: सटीकता में सुधार करने वाली विशेषताएं

आज के डिजिटल बेंचटॉप टेस्टर में स्वचालित गहराई मापन प्रणाली लगी होती है, जो पुराने एनालॉग संस्करणों की तुलना में लगभग 68% तक कैलिब्रेशन की गलतियों को कम कर देती है, जैसा कि ASTM E18-24 मानकों के अनुसार बताया गया है। इन उपकरणों में वास्तविक समय में भार पथ सुधार की सुविधा भी होती है जो असमतल सतहों के साथ काम करते समय सहायता प्रदान करती है, और यह सुनिश्चित करती है कि परिणाम सुसंगत बने रहें, चाहे एल्युमीनियम मिश्र धातुओं, कठोर औजार इस्पात या विभिन्न ऊष्मा उपचारित घटकों का परीक्षण किया जा रहा हो। प्रणाली में निर्मित तापमान सेंसर स्वचालित रूप से तापीय प्रसार के मुद्दों को ध्यान में रखते हैं, जो एयरोस्पेस निर्माण जैसे मांग वाले उद्योगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है जहां छोटे परिवर्तनों का भी महत्व होता है, या ऑटोमोटिव उत्पादन लाइनों में जहां पर्यावरणीय उतार-चढ़ाव के बावजूद भागों को पूर्णतः फिट होना चाहिए।

आधुनिक कठोरता परीक्षण में स्वचालन और सॉफ्टवेयर एकीकरण

उन्नत टेस्टर मानकीकृत प्रक्रिया नियंत्रण (SPC) सॉफ़्टवेयर के साथ एकीकरण करते हैं ताकि ±1.2 HRC से अधिक विचलन को चिह्नित किया जा सके—जो ISO 17025-अनुपालन प्रयोगशालाओं के लिए आवश्यक है। रोबोटिक स्थिति निर्धारण 5-माइक्रॉन संरेखण प्राप्त करता है, जो उच्च मात्रा वाले वातावरण में मानव त्रुटि को खत्म कर देता है। 2024 के IMTS सर्वेक्षण में पता चला कि AI-संचालित मंचों का उपयोग करने वाली सुविधाओं ने पूर्वानुमानित कठोरता मैपिंग के माध्यम से पुनर्कार्य दर में 34% की कमी की।