What is Hardness Test? Brinell, Rockwell, Vickers Test, Procedure and Applications

Hardness Test Engineering Materials की सबसे महत्वपूर्ण Mechanical Testing Methods में से एक है। इसका उपयोग किसी Material की Surface Hardness, Wear Resistance तथा Indentation Resistance ज्ञात करने के लिए किया जाता है। Manufacturing Industry, Automobile Industry, Machine Tool Industry तथा Quality Control Laboratories में Hardness Test का व्यापक उपयोग किया जाता है।

Hardness किसी Material की वह क्षमता है जिसके कारण वह बाहरी Force द्वारा होने वाले Indentation, Scratch, Abrasion तथा Wear का विरोध करता है। किसी Material की Hardness जितनी अधिक होगी, उसकी Wear Resistance सामान्यतः उतनी ही अधिक होगी।

Introduction

Engineering Components जैसे Gears, Shafts, Bearings, Cutting Tools, Dies, Moulds तथा Machine Parts लगातार Friction एवं Surface Contact के अधीन कार्य करते हैं। यदि Material पर्याप्त Hard नहीं होगा तो उसकी Surface शीघ्र घिस जाएगी। इसलिए किसी भी Material की Service Life निर्धारित करने के लिए Hardness Test अत्यंत महत्वपूर्ण माना जाता है।

Hardness Test न केवल Material Selection में सहायता करता है बल्कि Heat Treatment, Surface Hardening तथा Manufacturing Process की गुणवत्ता जाँचने के लिए भी उपयोग किया जाता है।

Definition of Hardness Test

Hardness Test वह Mechanical Test है जिसके द्वारा किसी Material की Surface पर Indenter द्वारा Load लगाकर उसकी Indentation Resistance या Penetration Resistance मापी जाती है।

Objectives of Hardness Test

• Material की Surface Hardness ज्ञात करना।
• Wear Resistance का मूल्यांकन करना।
• Heat Treatment की गुणवत्ता जाँचना।
• Material Comparison करना।
• Quality Control सुनिश्चित करना।
• Engineering Material Selection में सहायता करना।
• Machine Components की Service Life का अनुमान लगाना।

Principle of Hardness Test

Hardness Test का सिद्धांत यह है कि किसी निश्चित आकार के Indenter को निश्चित Load के साथ Material की Surface पर दबाया जाता है। Indentation जितनी कम होगी Material उतना अधिक Hard माना जाएगा।

Hardness का निर्धारण Indentation के Diameter, Depth अथवा Area के आधार पर किया जाता है।

Types of Hardness Test

Brinell Hardness Test (BHN)

Brinell Hardness Test का विकास Dr. Johan August Brinell ने किया था। यह सबसे पुरानी एवं सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली Hardness Testing Methods में से एक है।

Principle

इस Test में Hardened Steel Ball या Tungsten Carbide Ball को निश्चित Load के साथ Material की Surface पर दबाया जाता है। उत्पन्न Indentation के Diameter को मापकर Brinell Hardness Number ज्ञात किया जाता है।

Formula

BHN = 2P / πD (D − √(D² − d²))

जहाँ,

• P = Applied Load
• D = Diameter of Ball
• d = Diameter of Indentation

Procedure

1. Specimen की Surface साफ की जाती है।
2. Steel Ball Indenter चुना जाता है।
3. Specified Load लगाया जाता है।
4. Load निश्चित समय तक रखा जाता है।
5. Indentation Diameter Microscope द्वारा मापा जाता है।
6. BHN की गणना Formula से की जाती है।

Advantages

• Simple Method
• Reliable Results
• Large Castings के लिए उपयुक्त
• Easy Calculation

Limitations

• Thin Materials के लिए उपयुक्त नहीं।
• Very Hard Materials पर उपयोग सीमित।
• Indentation बड़ा बनता है।

Rockwell Hardness Test (HR)

Rockwell Hardness Test आधुनिक Industries में सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला Hardness Test है। इसमें Hardness सीधे Dial Indicator पर पढ़ी जाती है इसलिए Calculation की आवश्यकता नहीं होती।

Principle

इस Test में Minor Load तथा Major Load क्रमशः लगाए जाते हैं। Permanent Indentation Depth के आधार पर Hardness Number प्राप्त किया जाता है।

Types of Rockwell Scale

Procedure

1. Specimen Machine पर रखा जाता है।
2. Minor Load लगाया जाता है।
3. Major Load Apply किया जाता है।
4. Major Load हटाया जाता है।
5. Hardness सीधे Dial पर पढ़ी जाती है।

Vickers Hardness Test (VHN)

Vickers Hardness Test का विकास Smith तथा Sandland द्वारा किया गया था। यह सबसे अधिक Accurate Hardness Testing Methods में से एक है। इस Test में Diamond Pyramid Indenter का उपयोग किया जाता है तथा लगभग सभी प्रकार के Engineering Materials की Hardness मापी जा सकती है।

Principle

Diamond Pyramid Indenter को निश्चित Load के साथ Material की Surface पर दबाया जाता है। बनने वाले Square Indentation की दोनों Diagonals मापकर Vickers Hardness Number ज्ञात किया जाता है।

Formula

VHN = 1.854 × P / d²

• P = Applied Load
• d = Average Diagonal Length

Procedure

1. Specimen Surface तैयार की जाती है।
2. Diamond Pyramid Indenter लगाया जाता है।
3. Specified Load Apply किया जाता है।
4. Load हटाने के बाद दोनों Diagonals मापी जाती हैं।
5. Formula द्वारा Vickers Hardness Number ज्ञात किया जाता है।

Advantages

• High Accuracy
• Thin Materials के लिए उपयुक्त
• Soft तथा Hard दोनों Materials के लिए उपयोगी
• Micro Hardness Measurement संभव

Limitations

• Cost अधिक होती है।
• Testing Time अधिक लगता है।
• Microscope आवश्यक होता है।

Mohs Hardness Scale

Mohs Hardness Scale मुख्यतः Minerals की Hardness ज्ञात करने के लिए उपयोग की जाती है। यह Scratch Resistance पर आधारित Scale है।

Comparison of Hardness Tests

Applications of Hardness Test

• Heat Treatment Inspection
• Quality Control
• Machine Component Testing
• Tool Steel Testing
• Bearing Manufacturing
• Gear Manufacturing
• Automobile Components
• Aerospace Parts
• Foundry Industry
• Material Research Laboratory

Advantages of Hardness Test

• Simple Testing Method
• Fast Results
• Non-destructive in many cases
• Quality Control में उपयोगी
• Heat Treatment Verification
• Easy Material Comparison

Limitations

• Surface Preparation आवश्यक होती है।
• Internal Properties ज्ञात नहीं होती।
• Very Thin Materials के लिए सभी Tests उपयुक्त नहीं।
• Improper Indenter Selection Result को प्रभावित कर सकता है।

Industrial Importance

Manufacturing Industry में Hardness Test सबसे अधिक उपयोग होने वाली Quality Control Technique है। Automobile Parts, Cutting Tools, Gears, Bearings, Dies तथा Heat Treated Components की Quality सुनिश्चित करने के लिए इसका उपयोग किया जाता है।

Exam Oriented Important Questions

1. Hardness Test क्या है? समझाइए।
2. Brinell Hardness Test का सिद्धांत एवं प्रक्रिया लिखिए।
3. Rockwell Hardness Test का वर्णन कीजिए।
4. Vickers Hardness Test समझाइए।
5. Brinell, Rockwell तथा Vickers Test में अंतर लिखिए।
6. Mohs Hardness Scale क्या है?
7. Hardness Test के Applications लिखिए।
8. Hardness Test के लाभ एवं सीमाएँ लिखिए।

Viva Questions

1. Hardness क्या है?
2. BHN का Full Form क्या है?
3. Rockwell Test किस Principle पर आधारित है?
4. Vickers Test में कौन-सा Indenter उपयोग होता है?
5. Diamond की Mohs Hardness कितनी होती है?
6. Brinell Test किस Material के लिए उपयुक्त है?
7. Rockwell Test का मुख्य लाभ क्या है?
8. Mohs Scale किसके लिए उपयोग होती है?
9. Heat Treatment के बाद Hardness Test क्यों किया जाता है?
10. Hardness Test का सबसे अधिक उपयोग किस Industry में होता है?

Conclusion

Hardness Test Engineering Materials की Surface Quality तथा Wear Resistance निर्धारित करने का सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण है। Brinell, Rockwell तथा Vickers Tests आधुनिक Industries में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। Material Selection, Heat Treatment Evaluation तथा Quality Control के लिए Hardness Testing अत्यंत आवश्यक है।