ইস্পাতের জন্য তিনটি কঠোরতার মানদণ্ড

কঠিন বস্তুর দ্বারা কোনো ধাতব বস্তুর পৃষ্ঠতলে সৃষ্ট চাপ প্রতিরোধ করার ক্ষমতাকে কাঠিন্য বলে। বিভিন্ন পরীক্ষা পদ্ধতি এবং প্রয়োগের ক্ষেত্র অনুসারে, কাঠিন্যকে ব্রিনেল কাঠিন্য, রকওয়েল কাঠিন্য, ভিকার্স কাঠিন্য, শোর কাঠিন্য, মাইক্রোকাঠিন্য এবং উচ্চ তাপমাত্রা কাঠিন্যে ভাগ করা যায়। পাইপের জন্য সাধারণত ব্যবহৃত তিনটি কাঠিন্য হলো: ব্রিনেল, রকওয়েল এবং ভিকার্স কাঠিন্য।

এ. ব্রিনেল কাঠিন্য (HB)

একটি নির্দিষ্ট ব্যাসের স্টিল বল বা কার্বাইড বল ব্যবহার করে নির্দিষ্ট পরীক্ষামূলক বল (F) দিয়ে নমুনার পৃষ্ঠে চাপ দিন। নির্দিষ্ট সময় ধরে রাখার পর, পরীক্ষামূলক বলটি সরিয়ে নিন এবং নমুনার পৃষ্ঠে সৃষ্ট খাঁজের ব্যাস (L) পরিমাপ করুন। পরীক্ষামূলক বলকে খাঁজযুক্ত গোলকের পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল দিয়ে ভাগ করে যে ভাগফল পাওয়া যায়, তাকেই ব্রিনেল কাঠিন্য মান বলা হয়। HBS (স্টিল বল) এককে প্রকাশিত হলে, এর একক হয় N/mm² (MPa)।

গণনার সূত্রটি হলো:
সূত্রটিতে: F–ধাতব নমুনার পৃষ্ঠে প্রযুক্ত পরীক্ষামূলক বল, N;
D–পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত ইস্পাতের বলটির ব্যাস, মিমি;
d–গর্তের গড় ব্যাস, মিমি।
ব্রিনেল কাঠিন্যের পরিমাপ অধিক নির্ভুল ও নির্ভরযোগ্য, কিন্তু সাধারণত এইচবিএস (HBS) শুধুমাত্র ৪৫০ নিউটন/মিমি² (এমপিএ)-এর নিচের ধাতব পদার্থের জন্য উপযুক্ত এবং এটি অপেক্ষাকৃত কঠিন ইস্পাত বা পাতলা পাতের জন্য উপযোগী নয়। ইস্পাতের পাইপের মানগুলোর মধ্যে ব্রিনেল কাঠিন্যই সর্বাধিক ব্যবহৃত হয়। পদার্থের কাঠিন্য প্রকাশ করার জন্য প্রায়শই ইন্ডেন্টেশন ব্যাস d ব্যবহার করা হয়, যা সহজবোধ্য এবং সুবিধাজনক।
উদাহরণ: 120HBS10/1000130: এর অর্থ হলো, একটি ১০ মিমি ব্যাসের ইস্পাতের বল ব্যবহার করে ১০০০ কেজিএফ (৯.৮০৭ কিলোনিউটন) পরীক্ষা বল ৩০ সেকেন্ড ধরে পরিমাপ করে যে ব্রিনেল কাঠিন্য পাওয়া গেছে, তার মান হলো ১২০ নিউটন/মিমি² (মেগাপ্যাসকেল)।

বি. রকওয়েল কাঠিন্য (HR)

ব্রিনেল কাঠিন্য পরীক্ষার মতো রকওয়েল কাঠিন্য পরীক্ষাও একটি ইন্ডেন্টেশন পরীক্ষা পদ্ধতি। পার্থক্য হলো, এটি ইন্ডেন্টেশনের গভীরতা পরিমাপ করে। অর্থাৎ, প্রাথমিক পরীক্ষার বল (Fo) এবং মোট পরীক্ষার বল (F) এর ধারাবাহিক ক্রিয়ার অধীনে, ইন্ডেন্টার (স্টিল মিলের শঙ্কু বা স্টিল বল) নমুনার পৃষ্ঠে চাপ দেওয়া হয়। নির্দিষ্ট সময় ধরে রাখার পর, মূল পরীক্ষার বল সরিয়ে নেওয়া হয় এবং পরিমাপকৃত অবশিষ্ট ইন্ডেন্টেশন গভীরতার বৃদ্ধি (e) ব্যবহার করে কাঠিন্যের মান গণনা করা হয়। এর মান একটি অজ্ঞাত সংখ্যা, যা HR প্রতীক দ্বারা প্রকাশ করা হয় এবং ব্যবহৃত স্কেলগুলির মধ্যে A, B, C, D, E, F, G, H, এবং K সহ ৯টি স্কেল রয়েছে। এদের মধ্যে, স্টিলের কাঠিন্য পরীক্ষার জন্য সাধারণত ব্যবহৃত স্কেলগুলি হলো A, B, এবং C, অর্থাৎ HRA, HRB, এবং HRC।

নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে কাঠিন্যের মান গণনা করা হয়:
A এবং C স্কেলে পরীক্ষা করার সময়, HR=100-e
বি স্কেলে পরীক্ষা করার সময়, HR=130-e
সূত্রটিতে, e – অর্থাৎ অবশিষ্ট ইন্ডেন্টেশন গভীরতার বৃদ্ধিকে ০.০০২ মিমি-এর নির্দিষ্ট এককে প্রকাশ করা হয়। অর্থাৎ, যখন ইন্ডেন্টারের অক্ষীয় সরণ এক একক (০.০০২ মিমি) হয়, তখন তা রকওয়েল কাঠিন্যের এক সংখ্যা পরিবর্তনের সমতুল্য। e-এর মান যত বেশি হবে, ধাতুর কাঠিন্য তত কম হবে এবং এর বিপরীতটিও সত্য।
উপরোক্ত তিনটি স্কেলের প্রযোজ্য পরিধি নিম্নরূপ:
এইচআরএ (ডায়মন্ড কোন ইনডেন্টার) ২০-৮৮
এইচআরসি (ডায়মন্ড কোন ইনডেন্টার) ২০-৭০
এইচআরবি (১.৫৮৮ মিমি ব্যাসের স্টিল বল ইনডেন্টার) ২০-১০০
রকওয়েল কাঠিন্য পরীক্ষা বর্তমানে একটি বহুল ব্যবহৃত পদ্ধতি, যার মধ্যে ব্রিনেল কাঠিন্য (HB)-এর পরেই ইস্পাত পাইপের মান নির্ধারণে HRC-এর ব্যবহার দ্বিতীয় স্থানে রয়েছে। রকওয়েল কাঠিন্য অত্যন্ত নরম থেকে অত্যন্ত কঠিন পর্যন্ত বিভিন্ন ধাতব পদার্থের কাঠিন্য পরিমাপ করতে ব্যবহার করা যায়। এটি ব্রিনেল পদ্ধতির সীমাবদ্ধতাগুলো পূরণ করে। এটি ব্রিনেল পদ্ধতির চেয়ে সহজ এবং কাঠিন্য মাপার যন্ত্রের ডায়াল থেকে সরাসরি কাঠিন্যের মান পড়া যায়। তবে, এর ছোট খাঁজের কারণে, এই পদ্ধতির কাঠিন্যের মান ব্রিনেল পদ্ধতির মতো নির্ভুল নয়।

সি. ভিকার্স কাঠিন্য (এইচভি)

ভিকার্স কাঠিন্য পরীক্ষাও একটি ইন্ডেন্টেশন পরীক্ষা পদ্ধতি। এই পদ্ধতিতে, বিপরীত পৃষ্ঠগুলির মধ্যে ১৩৬০ অন্তর্ভুক্ত কোণযুক্ত একটি বর্গাকার পিরামিড আকৃতির হীরার ইন্ডেন্টারকে একটি নির্বাচিত পরীক্ষামূলক বল (F) প্রয়োগ করে পরীক্ষাধীন পৃষ্ঠের উপর চাপ দেওয়া হয় এবং নির্দিষ্ট সময় ধরে রাখার পর তা সরিয়ে নেওয়া হয়। এরপর সৃষ্ট ইন্ডেন্টেশনের দুটি কর্ণের দৈর্ঘ্য পরিমাপ করা হয়।

ভিকার্স কাঠিন্য মান হলো পরীক্ষার বলকে ইন্ডেন্টেশন পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল দ্বারা ভাগ করে পাওয়া ভাগফল। এর গণনার সূত্রটি হলো:
সূত্রে: HV–ভিকার্স কাঠিন্যের প্রতীক, N/mm2 (MPa);
এফ-টেস্ট বল, নিউটন;
d– খাঁজটির দুটি কর্ণের গাণিতিক গড়, মিমি।
ভিকার্স হার্ডনেস পরীক্ষায় ব্যবহৃত পরীক্ষার বল F হলো 5 (49.03), 10 (98.07), 20 (196.1), 30 (294.2), 50 (490.3), 100 (980.7) Kgf (N) এবং আরও ছয়টি স্তর। হার্ডনেসের মান 5~1000HV পরিসরে পরিমাপ করা যায়।
প্রকাশ পদ্ধতির উদাহরণ: 640HV30/20 এর অর্থ হলো, 30Hgf (294.2N) পরীক্ষা বল প্রয়োগ করে 20S (সেকেন্ড) ধরে পরিমাপ করা ভিকার্স কাঠিন্যের মান 640N/mm² (MPa)।
ভিকার্স কাঠিন্য পদ্ধতি অত্যন্ত পাতলা ধাতব পদার্থ এবং পৃষ্ঠস্তরের কাঠিন্য নির্ণয় করতে ব্যবহার করা যায়। এতে ব্রিনেল ও রকওয়েল পদ্ধতির প্রধান সুবিধাগুলো রয়েছে এবং তাদের মৌলিক ত্রুটিগুলোও দূর করা হয়েছে, কিন্তু এটি রকওয়েল পদ্ধতির মতো সরল নয়। ইস্পাতের পাইপের মানদণ্ডে ভিকার্স পদ্ধতি খুব কমই ব্যবহৃত হয়।