কঠোরতা কি? কঠোরতা নির্ধারণ

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

কোনটি শক্ত, গ্রানাইট না মার্বেল, নিকেল নাকি অ্যালুমিনিয়াম? এবং যাইহোক কঠোরতা কি? আমরা আমাদের নিবন্ধে এই প্রশ্নের উত্তর দেওয়ার চেষ্টা করব। অনেক বিদেশী বিজ্ঞানী খনিজ এবং পদার্থের কঠোরতা নির্ধারণের সমস্যা নিয়ে কাজ করেছেন। তাদের মধ্যে আলবার্ট স্কোর, ফ্রেডরিখ মুস, জোহান অগাস্ট ব্রিনেল, উইলিয়াম ভিকার্স এবং অন্যান্যরা রয়েছেন। যাইহোক, বিজ্ঞানে কঠোরতা গণনার একমাত্র এবং সাধারণভাবে গৃহীত পদ্ধতি এখনও বিদ্যমান নেই।

কঠোরতা কি?

বিজ্ঞানের কাছে পরিচিত প্রতিটি পদার্থের বেশ কিছু নির্দিষ্ট ভৌত বৈশিষ্ট্য এবং গুণ রয়েছে। এই নিবন্ধটি কঠোরতা কি তা নিয়ে আলোচনা করবে। এটি একটি উপাদানের অনুপ্রবেশ প্রতিরোধ করার ক্ষমতা, এটিতে আরও টেকসই শরীর (উদাহরণস্বরূপ, একটি কাটা বা ছিদ্র করার সরঞ্জাম)।

পদার্থের কঠোরতা প্রায়শই বিশেষ এককে পরিমাপ করা হয় - kgf/mm² (ক্ষেত্রে প্রতি বর্গ মিলিমিটার প্রতি কিলোগ্রাম বল)। এটি লাতিন অক্ষরে HB, HRC বা HRB, নির্বাচিত স্কেলের উপর নির্ভর করে মনোনীত করা হয়েছে।

পৃথিবীর সবচেয়ে কঠিন খনিজ হল হীরা। যদি আমরা কৃত্রিম উত্সের উপকরণ সম্পর্কে কথা বলি, তবে সবচেয়ে টেকসই ফুলেরাইট। এটি একটি আণবিক স্ফটিক যা উচ্চ তাপমাত্রায় (প্রায় 300 ডিগ্রি সেলসিয়াস) এবং অত্যন্ত উচ্চ চাপে (90,000 এর বেশি বায়ুমণ্ডল) গঠন করে। বিজ্ঞানীদের মতে, ফুলেরাইট হীরার চেয়ে প্রায় দেড়গুণ কঠিন।

কঠোরতা কি?

তিনটি প্রধান কঠোরতা বিকল্প আছে:

• সারফেস (প্রিন্টের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফলের সাথে লোডের অনুপাত দ্বারা নির্ধারিত)।
• প্রক্ষেপণ (ইম্প্রিন্টের প্রজেকশন এলাকায় লোডের অনুপাত)।
• ভলিউম (প্রিন্ট করার জন্য ভলিউম অনুপাত)।

এটি ছাড়াও, শারীরিক দেহের কঠোরতা চারটি পরিসরে পরিমাপ করা হয়:

1. Nanohardness (1 gf এর কম লোড করুন)।
2. মাইক্রোহার্ডনেস (1 – 200 gf)।
3. নিম্ন লোডে কঠোরতা (200 gf - 5 kgf)।
4. ম্যাক্রোহার্ডনেস (৫ কেজিএফের বেশি)।

ধাতুর কঠোরতা

মেন্ডেলিভের পর্যায়ক্রমিক পদ্ধতির 104টি উপাদানের মধ্যে 82টি ধাতু। আর মানুষের জানা মোট সংকর ধাতুর সংখ্যা পাঁচ হাজারে পৌঁছেছে! আধুনিক বিশ্বে ধাতুর সুযোগ অবিশ্বাস্যভাবে বিস্তৃত। এগুলি হল সামরিক ও রাসায়নিক শিল্প, ধাতুবিদ্যা, বৈদ্যুতিক প্রকৌশল, মহাকাশ শিল্প, গহনা, জাহাজ নির্মাণ, ওষুধ ইত্যাদি।

ধাতুগুলির সমস্ত ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে, কঠোরতা শেষ থেকে অনেক দূরেভূমিকা. সর্বোপরি, তিনি স্পষ্টভাবে দেখান:

• ধাতুর পরিধান প্রতিরোধের ডিগ্রী;
• চাপ প্রতিরোধের;
• অন্যান্য উপকরণ কাটার ক্ষমতা।

অন্যান্য জিনিসগুলির মধ্যে, একটি ধাতুর কঠোরতা দেখায় যে এটি নির্দিষ্ট মেশিনে প্রক্রিয়া করা যায় কিনা, এটি পালিশ করা যায় কিনা এবং এর মতো। যাইহোক, বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে প্রমাণ করেছেন যে একটি ধাতুর কঠোরতা মূলত তার অন্যান্য যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে নির্ধারণ করে৷

লোহা, তামা এবং অ্যালুমিনিয়ামের কঠোরতা কত? এবং কোন ধাতু সবচেয়ে শক্ত এবং সবচেয়ে টেকসই?

ম্যাগনেসিয়াম এবং অ্যালুমিনিয়াম সবচেয়ে নরম ধাতুগুলির মধ্যে একটি। তাদের কঠোরতার মান 5 kgf/mm² এর মধ্যে পরিবর্তিত হয়। প্রায় দ্বিগুণ শক্ত - নিকেল এবং তামা (প্রায় 10 kgf/mm²)। লোহার কঠোরতা অনুমান করা হয় 30 kgf/mm²। আচ্ছা, প্রাকৃতিক উৎপত্তির সবচেয়ে কঠিন ধাতুর মধ্যে রয়েছে টাইটানিয়াম, অসমিয়াম এবং ইরিডিয়াম।

কঠোরতা নির্ধারণ: পদ্ধতি, পদ্ধতি এবং পন্থা

কিভাবে একটি শারীরিক শরীরের কঠোরতা পরিমাপ করা হয়? এটি করার জন্য, নমুনায় একটি তথাকথিত ইনডেনটার প্রবর্তন করা হয়। এর ভূমিকা একটি ভারী-শুল্ক ধাতু বল, পিরামিড বা হীরা শঙ্কু দ্বারা অভিনয় করা যেতে পারে। ইন্ডেন্টারের সরাসরি যোগাযোগের প্রভাবের পরে, পরীক্ষার নমুনায় একটি ছাপ থেকে যায়, যার আকার উপাদানটির কঠোরতা নির্ধারণ করে।

অভ্যাসে, কঠোরতা পরিমাপের জন্য দুটি গ্রুপ পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়:

1. ডাইনামিক।
2. কাইনেটিক।

এই ক্ষেত্রে, শরীরে ইন্ডেন্টার প্রবর্তনের সময় প্রয়োগ করা লোডটি চালানো যেতে পারেস্ক্র্যাচিং, ইনডেন্টিং (বেশিরভাগ সময়), কাটা বা রিবাউন্ডিং দ্বারা।

আজ কঠোরতা নির্ধারণের জন্য বিভিন্ন পদ্ধতি রয়েছে:

• রকওয়েল;
• ব্রিনেল;
• ভিকার্সের মতে;
• তীরের দ্বারা;
• মোহসের মতে।

তদনুসারে, উপকরণের কঠোরতার বিভিন্ন স্কেল রয়েছে, তাদের মধ্যে সরাসরি কোনো সম্পর্ক নেই। এক বা অন্য পরিমাপের পদ্ধতিটি বেশ কয়েকটি কারণের উপর ভিত্তি করে বেছে নেওয়া হয় (উদাহরণস্বরূপ, একটি নির্দিষ্ট উপাদানের বৈশিষ্ট্য, পরীক্ষার শর্ত, ব্যবহৃত সরঞ্জাম ইত্যাদি)। ধাতু বা খনিজগুলির কঠোরতা নির্ধারণ করে এমন ডিভাইসগুলিকে সাধারণত কঠোরতা পরীক্ষক বলা হয়৷

রকওয়েল পদ্ধতি

রকওয়েল কঠোরতার মান পরীক্ষার অংশের পৃষ্ঠে রেখে যাওয়া একটি হীরার শঙ্কু বা ধাতব বলের ইন্ডেন্টেশনের গভীরতার দ্বারা নির্ধারিত হয়। অধিকন্তু, এটি মাত্রাহীন এবং HR অক্ষর দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। যে উপাদানগুলি খুব নরম তাদের নেতিবাচক কঠোরতার মান থাকতে পারে৷

তথাকথিত রকওয়েল হার্ডনেস টেস্টার গত শতাব্দীর শুরুতে আমেরিকান হিউ রকওয়েল এবং স্ট্যানলি রকওয়েল আবিষ্কার করেছিলেন। আপনি নিম্নলিখিত ভিডিওতে এটি কিভাবে কাজ করে তা দেখতে পারেন। এই পদ্ধতির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ হল পরীক্ষার নমুনার বেধ। এটি পরীক্ষার অংশে ইন্ডেন্টারের অনুপ্রবেশ গভীরতার দশ গুণের কম হওয়া উচিত নয়।

ইন্ডেন্টার এবং প্রয়োগকৃত লোডের প্রকারের উপর নির্ভর করে, তিনটি পরিমাপ স্কেল রয়েছে। এগুলিকে তিনটি ল্যাটিন অক্ষর দ্বারা মনোনীত করা হয়েছে: A, B এবং C। রকওয়েলের কঠোরতার মান একটি সংখ্যাসূচক রূপ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ: 25.5 HRC (শেষচিঠিটি পরীক্ষায় ব্যবহৃত স্কেলটি নির্দেশ করে)।

ব্রিনেল পদ্ধতি

ব্রিনেলের কঠোরতার মান পরীক্ষা করা ধাতুর পৃষ্ঠে একটি শক্ত ইস্পাত বলের দ্বারা ছেড়ে যাওয়া ছাপের ব্যাস দ্বারা নির্ধারিত হয়। পরিমাপের একক হল kgf/mm².

এই পদ্ধতিটি 1900 সালে সুইডিশ প্রকৌশলী জোহান অগাস্ট ব্রিনেল প্রস্তাব করেছিলেন। পরীক্ষাটি নিম্নরূপ বাহিত হয়: প্রথমে, নমুনায় ইন্ডেন্টারের প্রিলোড সেট করা হয়, এবং শুধুমাত্র তারপর - প্রধানটি। তদুপরি, এই লোডের অধীনে উপাদানটি 30 সেকেন্ড পর্যন্ত সহ্য করতে পারে, যার পরে ইন্ডেন্টেশনের গভীরতা পরিমাপ করা হয়। ব্রিনেল কঠোরতা (এইচবি হিসাবে উল্লেখ করা হয়) ফলিত মুদ্রণের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রে প্রয়োগকৃত লোডের অনুপাত হিসাবে গণনা করা হয়।

বিভিন্ন উপকরণের জন্য কিছু কঠোরতা মান (ব্রিনেলের মতে):

• কাঠ – 2, 6-7, 0 HB।
• অ্যালুমিনিয়াম - 15 HB।
• কপার - 35 HB।
• মৃদু ইস্পাত - 120 HB।
• গ্লাস – 500 HB।
• টুল ইস্পাত - 650-700 HB।

ভিকার পদ্ধতি

Vickers পদ্ধতি অনুসারে কঠোরতা একটি নিয়মিত চতুর্ভুজাকার পিরামিডের আকার ধারণ করে নমুনার মধ্যে একটি হীরার টিপ টিপে নির্ধারণ করা হয়। লোড অপসারণের পরে, উপাদানটির পৃষ্ঠে গঠিত দুটি কর্ণ পরিমাপ করুন এবং গাণিতিক গড় মান d (মিলিমিটারে) গণনা করুন।

Vickers কঠোরতা পরীক্ষক বেশ কমপ্যাক্ট (নীচের ছবি দেখুন)। পরীক্ষাটি ঘরের তাপমাত্রায় (+20 ডিগ্রি) করা হয়। শরীরের কঠোরতার মান HV অক্ষর দ্বারা নির্দেশিত হয়।

শোর পদ্ধতি

আমেরিকান উদ্ভাবক আলবার্ট শোর দ্বারা কঠোরতা পরিমাপের এই পদ্ধতিটি প্রস্তাব করা হয়েছিল। এটি প্রায়শই "রিবাউন্ড পদ্ধতি" হিসাবেও উল্লেখ করা হয়। তীরের কঠোরতা পরিমাপ করার সময়, স্ট্যান্ডার্ড আকার এবং ভরের একটি স্ট্রাইকার একটি নির্দিষ্ট উচ্চতা থেকে পরীক্ষা করা উপাদানের পৃষ্ঠে নামানো হয়। এই পরীক্ষার মূল মান হল স্ট্রাইকারের রিবাউন্ড উচ্চতা, যা প্রচলিত ইউনিটে পরিমাপ করা হয়।

তীরের কঠোরতা 20 থেকে 140 ইউনিটের মধ্যে পরিমাপ করা হয়। একশো ইউনিট 13.6 মিমি (± 0.5 মিমি) এর রিবাউন্ড উচ্চতার সাথে মিলে যায়। মান অনুযায়ী, এই মানটি শক্ত কার্বন ইস্পাতের কঠোরতা। শোর অনুসারে পদার্থের কঠোরতা পরিমাপের জন্য একটি আধুনিক যন্ত্রকে বলা হয় স্ক্লেরোস্কোপ বা ডুরোমিটার (এটি নীচের ছবিতে দেখা যাবে)।

মোহস স্কেল

মোহস কঠোরতা স্কেল আপেক্ষিক এবং খনিজগুলির জন্য একচেটিয়াভাবে প্রযোজ্য। রেফারেন্স খনিজ হিসাবে দশটি খনিজ নির্বাচন করা হয়েছিল, যা কঠোরতা বাড়ানোর জন্য সাজানো হয়েছিল (নীচের ছবির চিত্রে)। তদনুসারে, স্কেলে 10 পয়েন্ট রয়েছে (1 থেকে 10 পর্যন্ত)।

1811 সালে জার্মান বিজ্ঞানী ফ্রেডরিখ মুস দ্বারা কঠোরতার খনিজ স্কেল প্রস্তাব করা হয়েছিল। তবুও, এটি এখনও ভূতত্ত্বে ব্যবহৃত হয়৷

মোহস স্কেলে একটি নির্দিষ্ট খনিজটির কঠোরতা কীভাবে নির্ধারণ করবেন? নমুনা দ্বারা বাকি স্ক্র্যাচ সাবধানে পরীক্ষা করে এটি করা যেতে পারে। একটি নখ, একটি তামার মুদ্রা, একটি কাচের টুকরো বা একটি স্টিলের ছুরি ব্যবহার করা সুবিধাজনক৷

তাই যদিপরীক্ষিত খনিজটি স্ক্র্যাচ ছাড়াই কাগজে লেখে, তারপর এর কঠোরতা একের সমান। যদি পাথরটিকে সহজেই আঙুলের নখ দিয়ে আঁচড়ে ফেলা হয় তবে এর কঠোরতা 2। তিনটি বিন্দুতে খনিজ রয়েছে যা একটি ছুরি দিয়ে সহজেই আঁচড়ানো যায়। আপনি যদি পাথরের উপর একটি চিহ্ন রেখে যাওয়ার জন্য কিছু প্রচেষ্টা করতে চান, তবে এর কঠোরতা 4 বা 5। 6 বা তার বেশি কঠোরতার খনিজগুলি নিজেই ছুরির ব্লেডে আঁচড় ফেলে।

উপসংহারে…

তাহলে কঠোরতা কি? এটি স্থানীয় যোগাযোগ শক্তির প্রভাবে ধ্বংস এবং বিকৃতি প্রতিরোধ করার জন্য একটি শারীরিক শরীরের ক্ষমতা। পৃথিবীর সবচেয়ে শক্ত খনিজ হীরা হিসাবে বিবেচিত হয় এবং সবচেয়ে টেকসই ধাতু হল ইরিডিয়াম। আধুনিক বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিতে, কঠোরতা পরিমাপের বিভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় (ব্রিনেল, রকওয়েল, ভিকার্স, শোর এবং মোহস অনুসারে)।