इस्पात में कठोरता रूपांतरण और गुणधर्मों के बीच संबंध

कठोरता रूपांतरण का वास्तविक अर्थ

कठोरता रूपांतरण परीक्षण पैमानों के बीच एक अनुभवजन्य मानचित्रण है। इससे पदार्थ में कोई परिवर्तन नहीं होता, मूल इंडेंटेशन पुनः उत्पन्न नहीं होता और कठोरता का कोई छिपा हुआ “वास्तविक” मान प्रकट नहीं होता। जब किसी इस्पात का परीक्षण Brinell विधि से किया जाता है और उसे 210 HBW के रूप में दर्ज किया जाता है, तो यह संख्या एक निर्धारित इंडेंटर, बल, धारण-अवधि और इंडेंटेशन के मापन से प्राप्त होती है। यदि उसी परिणाम को किसी रूपांतरण सारणी के माध्यम से लगभग 21 HRC के रूप में दर्ज किया जाता है, तो Rockwell परीक्षण नहीं किया गया है। HRC मान तुलनीय पदार्थों और परीक्षण-स्थितियों का उपयोग करके स्थापित किए गए संबंध से अनुमानित किया गया है।

यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि कठोरता के पैमाने आपस में संबंधित, लेकिन अलग-अलग प्रतिक्रियाओं को मापते हैं। Brinell कठोरता में कार्बाइड की गेंद से बनाए गए अपेक्षाकृत बड़े इंडेंटेशन के व्यास का उपयोग किया जाता है। Vickers कठोरता में हीरे के पिरामिड का उपयोग होता है और लगाए गए बल तथा निशान के दोनों विकर्णों से कठोरता की गणना की जाती है। Rockwell कठोरता निर्धारित प्रारंभिक और कुल बलों के अधीन गहराई निर्धारित करती है; HRC में हीरे के शंकु और 150 kgf के कुल बल का उपयोग होता है। इनके मान किसी एक सार्वभौमिक भौतिक राशि की अलग-अलग इकाइयाँ नहीं हैं।

मापी गई कठोरता बनाम रूपांतरित कठोरता

मापा गया मान वास्तव में किए गए परीक्षण से संबद्ध होता है। 210 HBW 10/3000 दर्शाने वाली प्रयोगशाला रिपोर्ट Brinell पैमाने, 10 mm के कार्बाइड बॉल और 3000 kgf के नाममात्र बल की पहचान करती है। “500 HV10” 10 kgf के बल से किए गए Vickers परीक्षण की पहचान करता है। “32 HRC” उस पैमाने के लिए निर्धारित परिस्थितियों में प्राप्त Rockwell C परिणाम की पहचान करता है। प्रत्यय और परीक्षण-विवरण परिणाम का हिस्सा होते हैं, केवल वैकल्पिक सजावट नहीं।

रूपांतरित कठोरता को प्रत्यक्ष रूप से मापे गए पैमाने से अलग रिपोर्ट किया जाना चाहिए। Strong evidence

रूपांतरित मान को उसी रूप में चिह्नित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, “210 HBW, ASTM E140-12 के अनुसार लगभग 21 HRC” दो अलग-अलग तथ्यों को संप्रेषित करता है: पहला मान मापा गया था, जबकि दूसरा किसी स्वीकृत सहसंबंध से पढ़ा या गणना किया गया था। केवल “21 HRC” दर्ज करने पर अनुमानित मान ऐसा प्रतीत हो सकता है मानो उसे सीधे मापा गया हो। यह भ्रामक है, क्योंकि सतह की स्थिति, अनुप्रस्थ काट की मोटाई या पैमाने के चयन से परिणाम प्रभावित हो सकता है।[1][1] Standard Hardness Conversion Tables for Metals. ASTM International. ASTM International standard, 2012.

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb पैमानों के बीच अनुमानित संबंध प्रदान करता है। इसकी सारणियों में समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात शामिल हैं, लेकिन इस्पात की किसी श्रेणी की उपस्थिति से प्रत्येक ग्रेड परस्पर विनिमेय नहीं हो जाता। ASTM का कहना है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, दानेदार संरचना और ऊष्मा उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। शमन और टेम्परिंग किए गए 4140 इस्पात, सामान्यीकृत AISI 1020 इस्पात और शीत-कार्यित 301 स्टेनलेस इस्पात में एक पैमाने पर समान रीडिंग होने पर भी अलग-अलग संबंध दिखाई दे सकते हैं।

किसी भी रूपांतरण का प्रयास करने से पहले यह भी देखा जाना चाहिए कि मापन की ज्यामिति वैध है या नहीं। किसी पतली शीट में Brinell या Vickers परीक्षण के दौरान विपरीत सतह का प्रभाव अत्यधिक हो सकता है। किसी वक्रित भाग से बदला हुआ इंडेंटेशन या Rockwell गहराई की गलत व्याख्या प्राप्त हो सकती है। किनारे, किसी अन्य इंडेंटेशन, वेल्ड या डीकार्बराइज़्ड सतह के पास बनाया गया छोटा इंडेंटेशन मुख्य पदार्थ का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकता। गलत तरीके से चुने गए या अवैध परीक्षण-स्थान की समस्या का समाधान रूपांतरण नहीं कर सकता।

रूपांतरण सारणियाँ, सहसंबंध और अनुमान

रूपांतरण सारणी परीक्षण-परिणामों का फिट किया हुआ सारांश होती है, जिसे सामान्यतः पदार्थ-समूह और कठोरता-सीमा के अनुसार विभाजित किया जाता है। यह पैमानों के बीच कोई गणितीय समानता नहीं है। सारणी बनाने के लिए उपयोग की गई सीमा के भीतर मापे गए पैमानों के बीच औसत अंतर छोटा हो सकता है; उस सीमा से बाहर त्रुटि तेजी से बढ़ सकती है। निर्दिष्ट सीमा के भीतर इंटरपोलेशन सामान्यतः उस सीमा से बाहर एक्स्ट्रापोलेशन की तुलना में अधिक तर्कसंगत होता है।

समीकरण इसी प्रकार का संबंध दूसरे रूप में प्रदान करते हैं। कोई सहसंबंध सीमित सीमा में रैखिक, बहुपद-आधारित या किसी विशिष्ट इस्पात-समूह पर फिट किए गए प्रतिगमन पर आधारित हो सकता है। गुणांक उस समूह का वर्णन करते हैं। वे सभी इस्पातों के लिए कोई भौतिक नियम स्थापित नहीं करते। इंडेंटर की ज्यामिति, प्रत्यास्थ पुनर्प्राप्ति, प्लास्टिक प्रवाह, अनैसोट्रॉपी, सतह की तैयारी और सूक्ष्मसंरचना में भिन्नताओं से प्रसरण उत्पन्न हो सकता है।[2][2] Metallic materials—Conversion of hardness values. International Organization for Standardization. ISO standard, 2013.

ISO 18265 रूपांतरित मानों की प्रत्यक्ष प्रयोज्यता को परीक्षण की गई ठीक उसी सामग्री तक सीमित करता है और तन्य-शक्ति के आकलनों को सबसे कम विश्वसनीय श्रेणी में रखता है। Strong evidence

ISO 18265:2013, धात्विक पदार्थ—कठोरता मानों का रूपांतरण, पैमानों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तन्य सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है। इसमें चेतावनी दी गई है कि “रूपांतरित मान केवल परीक्षण किए गए ठीक उसी पदार्थ पर प्रत्यक्ष रूप से लागू होते हैं” और तन्य-सामर्थ्य के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचाना गया है (International Organization for Standardization, 2013)। यह चेतावनी विश्वसनीयता का उचित क्रम निर्धारित करती है: प्रत्यक्ष कठोरता परिणाम सबसे अधिक विश्वसनीय होता है, दूसरे कठोरता पैमाने में रूपांतरण कम निश्चित होता है और तन्य-सामर्थ्य का अनुमान उससे भी कम निश्चित होता है।[3][3] Empirical Rockwell–Brinell relationships. National Institute of Standards and Technology. NIST Journal of Research, 1929.

1929 में प्रकाशित अनुभवजन्य Rockwell–Brinell संबंधों पर किए गए पुराने NIST अध्ययन में पाया गया कि वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए इस्पात की तन्य सामर्थ्य का अनुमान अक्सर Brinell कठोरता से लगाया जा सकता था। “वाणिज्यिक उद्देश्य” एक महत्वपूर्ण सीमा-निर्धारण है। यह स्क्रीनिंग, प्रक्रिया-जाँच और पदार्थों की अनुमानित तुलना के लिए उपयोगी है; लेकिन जहाँ किसी विनिर्देश, डिज़ाइन-गणना, विफलता-जाँच या स्वीकृति-निर्णय में yield strength, ultimate tensile strength, elongation या reduction of area पर निर्भरता हो, वहाँ यह तन्य परीक्षण का स्थान नहीं लेता।

अनुमानित Hᵥ ≈ 3σUTS संबंध केवल कुछ उच्च-शक्ति, तन्य धात्विक सामग्रियों पर लागू होता है। Limited evidence

एक बार-बार दोहराया जाने वाला संबंध कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए Hᵥ ≈ 3σUTS है, जिसमें कठोरता को संगत तनाव-इकाई में व्यक्त किया जाता है। 2012 में Materials Science and Engineering: A में प्रकाशित शोध ने इस अनुमान को विशिष्ट पदार्थ-वर्गों से संबद्ध किया और यह भी दिखाया कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान पर निर्भर करते हैं। इसलिए इस अभिव्यक्ति को प्रत्येक कार्बन या मिश्रधातु इस्पात के लिए रूपांतरण-नियम नहीं, बल्कि पदार्थ-वर्ग-विशिष्ट अनुमान माना जाना चाहिए।

एक संख्या प्रत्येक इस्पात का प्रतिनिधित्व क्यों नहीं कर सकती

इस्पात ग्रेड रासायनिक संरचना और विनिर्देश का वर्णन करता है, किसी एक यांत्रिक अवस्था का नहीं। AISI 1045 की आपूर्ति हॉट-रोल्ड, सामान्यीकृत, एनील्ड, शमन और टेम्परिंग की गई, या सतह-कठोरित अवस्था में की जा सकती है। प्रत्येक अवस्था चरण-वितरण, दाने के आकार, अवशिष्ट तनाव और विरूपण-व्यवहार को बदलती है। इसलिए एक ही नाममात्र ग्रेड में कठोरता-से-सामर्थ्य संबंध अलग-अलग हो सकते हैं। कार्बराइज़्ड 8620 पर सतह की रीडिंग मार्टेंसिटिक केस का वर्णन कर सकती है, जबकि अधिक गहराई पर ली गई रीडिंग कम-कार्बन कोर का वर्णन करती है; एक रूपांतरित संख्या दोनों क्षेत्रों का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकती।[4][4] Hardness Tests and Hardness Number Conversions. SAE International. SAE technical report, 1967.

SAE की तकनीकी रिपोर्ट Hardness Tests and Hardness Number Conversions (1967) में कहा गया है कि सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात-संरचना, ऊष्मा उपचार और भाग के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं। यह बात विशेष रूप से वेल्डेड संरचनाओं, फोर्जिंग, ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों और तीव्र तापीय प्रवणता वाले घटकों के लिए प्रासंगिक है।

2023 में Materials Today: Proceedings में प्रकाशित शोध में कच्ची या सामान्यीकृत अवस्था वाले ऐतिहासिक और समकालीन अश्लिष्ट संरचनात्मक इस्पातों के लिए Brinell कठोरता और तन्य-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया। यह परिणाम उपयोगी ठीक इसलिए है क्योंकि इसकी सीमाएँ स्पष्ट रूप से बताई गई हैं। इसे सत्यापन के बिना शमन और टेम्परिंग किए गए टूल इस्पात, precipitation-hardened स्टेनलेस इस्पात, bainitic प्लेट या अत्यधिक शीत-कार्यित उत्पाद पर लागू नहीं किया जाना चाहिए।

व्यावहारिक नियम सरल है: रूपांतरण तभी सार्थक होता है जब वह उसी पदार्थ-परिवार, अवस्था, परीक्षण-सीमा और ज्यामिति के भीतर किया जाए जिसके लिए वह संबंध विकसित किया गया था। यदि कोई निर्णय तन्य गुणों पर निर्भर करता है, तो तन्य परीक्षण करें। यदि रूपांतरित कठोरता मान की रिपोर्ट करना आवश्यक हो, तो सीधे मापे गए पैमाने को बनाए रखें, रूपांतरण मानक या समीकरण की पहचान करें, पदार्थ की अवस्था और सीमा बताएं तथा परिणाम को अनुमानित के रूप में चिह्नित करें।

स्टील के लिए प्रयुक्त कठोरता स्केल

गतिशील प्रतिक्षेप कठोरतागतिशील प्रतिक्षेप कठोरता स्थैतिक इंडेंटेशन के बजाय आघात और प्रतिक्षेप वेगों के अनुपात से अनुमानित कठोरता।

स्टील की कठोरता को कई स्केलों पर रिपोर्ट किया जाता है, क्योंकि कोई एकल परीक्षण हर सेक्शन, सतह या सूक्ष्मसंरचना के लिए उपयुक्त नहीं होता। परिणाम बड़े स्थैतिक इंडेंटेशन, छोटे डायमंड इम्प्रेशन या गतिशील रिबाउंड घटना से प्राप्त हो सकता है। परिभाषा के अनुसार ये माप एक-दूसरे के स्थान पर प्रयोज्य नहीं हैं। HRC के रूप में मापा गया मान, HBW के रूप में रिपोर्ट किए गए मान के समान भौतिक राशि नहीं है, भले ही किसी रूपांतरण सारणी में दोनों को लगभग समतुल्य संख्याएँ दी गई हों।

स्केल का चयन अपेक्षित कठोरता, सेक्शन की मोटाई, सतह की फिनिश, परीक्षण स्थान के नीचे मौजूद सपोर्ट और इस बात पर निर्भर करता है कि स्टील में carburizing, nitriding, welding या tempering के कारण स्थानीय ग्रेडिएंट मौजूद हैं या नहीं। किसी पतले पार्ट में बड़ा इंडेंटर लगाने पर वह मुड़ सकता है या उसमें प्लास्टिक विकृति हो सकती है। खुरदरी सतह कम गहराई वाले मापन में त्रुटि बढ़ा सकती है। यदि इम्प्रेशन बहुत बड़ा हो, तो सूक्ष्म केस-लेयर का औसत उसकी अधिक नरम कोर के साथ मिल सकता है।

Brinell कठोरता: HBW और बड़े इम्प्रेशन

Brinell विधि में निर्दिष्ट बल के साथ एक कठोर बॉल को स्टील में दबाया जाता है और फिर स्थायी, लगभग वृत्ताकार इम्प्रेशन का व्यास मापा जाता है। आधुनिक पदनामों में HBW का उपयोग होता है, जिसमें W टंग्स्टन-कार्बाइड बॉल को दर्शाता है। पूर्ण परिणाम, उदाहरण के लिए, 220 HBW 10/3000 के रूप में लिखा जा सकता है। इसका अर्थ है कि 10 mm की बॉल और 3000 kgf के नाममात्र बल से 220 की Brinell कठोरता प्राप्त हुई। इस परीक्षण का मानक ASTM E10 है; ISO 6506 में इसी मूल विधि का उपयोग किया जाता है।

सामान्य Brinell बॉलों के व्यास 1, 2.5, 5 या 10 mm होते हैं। लागू बल का चयन बॉल के व्यास और पदार्थ को ध्यान में रखकर किया जाता है; स्टील परीक्षण में 500, 1500 और 3000 kgf जैसे बल सामान्य हैं। परीक्षण मशीन निर्दिष्ट dwell अवधि तक बल बनाए रखती है, जिसके बाद ऑपरेटर या ऑप्टिकल प्रणाली इम्प्रेशन का व्यास मापती है। HBW मान की गणना केवल इंडेंटेशन की गहराई से नहीं, बल्कि बल, बॉल के व्यास और इम्प्रेशन के व्यास से की जाती है।

Rockwell या माइक्रोहार्डनेस परीक्षणों से बने इम्प्रेशन की तुलना में यह इम्प्रेशन बड़ा होता है। यह तब उपयोगी है जब स्टील में ferrite, pearlite, bainite या tempered martensite किसी प्रतिनिधि आयतन में वितरित हों, क्योंकि परिणाम कई grains और छोटी स्थानीय विविधताओं का औसत दर्शाता है। यही इसकी एक सीमा भी है। 10 mm की बॉल किसी किनारे के पास, पतली प्लेट पर, वेल्ड के पास या कम गहराई वाले hardened case के आर-पार अनुपयुक्त हो सकती है। परीक्षण स्थान पर पर्याप्त मोटाई और कठोर backing होना आवश्यक है, ताकि लोड लगाने के दौरान नमूना मुड़े या विकृत न हो। सतह अपेक्षाकृत समतल होनी चाहिए और उस पर scale, decarburization तथा गहरे machining marks नहीं होने चाहिए।

Brinell परीक्षण का व्यापक उपयोग castings, forgings, normalized steels और ऐसे अन्य पार्ट्स के लिए किया जाता है जहाँ बड़े प्रतिनिधि आयतन का महत्त्व होता है। बहुत कठोर स्टील के लिए यह कम उपयुक्त है, यदि बॉल के विकृत होने की संभावना हो; छोटे finished components और संकीर्ण heat-affected zones के लिए भी यह कम उपयुक्त है। छोटी बॉल और कम बल से इम्प्रेशन का आकार घटाया जा सकता है, लेकिन तब spacing, मोटाई और सतह की तैयारी पर अधिक कड़ा नियंत्रण आवश्यक होता है।

Rockwell कठोरता: HRC, HRB और superficial स्केल

Rockwell कठोरता minor load के बाद major load के अधीन इंडेंटेशन की स्थायी बढ़ी हुई गहराई को मापती है। इसमें इम्प्रेशन का व्यास नहीं मापा जाता। मशीन पहले संदर्भ स्थिति निर्धारित करने के लिए 10 kgf का minor load लगाती है, फिर major load लगाती है, major load हटाते समय minor load को बनाए रखती है और अवशिष्ट गहराई को कठोरता संख्या में परिवर्तित करती है। सामान्य Rockwell स्केलों पर कठोरता का एक अंक गहराई में 0.002 mm के परिवर्तन के अनुरूप होता है।

HRC में 120-डिग्री का डायमंड कोन, जिसे सामान्यतः Brale indenter कहा जाता है, और 150 kgf का major load उपयोग किया जाता है। यह अधिक कठोर स्टीलों के लिए बनाया गया है, जिनमें quenched और tempered tool steels तथा कई hardened alloy steels शामिल हैं। HRB में 1/16-inch की टंग्स्टन-कार्बाइड या hardened-steel बॉल और 100 kgf का major load उपयोग किया जाता है, जिससे यह नरम स्टीलों, annealed low-carbon grades, copper alloys और समान पदार्थों के लिए उपयुक्त बनता है। अन्य सामान्य Rockwell स्केलों में अलग बॉल या बल उपयोग किए जाते हैं, इसलिए अक्षर अत्यंत आवश्यक है; स्केल बताए बिना “Rockwell 60” अधूरा है।

Rockwell परिणाम शीघ्र प्राप्त होता है, क्योंकि मशीन गहराई को सीधे पढ़ती है और छोटा इम्प्रेशन अक्सर Brinell की तुलना में कम दिखाई देने वाला निशान छोड़ता है। यही छोटा संपर्क क्षेत्र परीक्षण को सतह की खुरदरापन, curvature, decarburized layers और अलग-अलग कठोर या नरम constituents के प्रति संवेदनशील भी बनाता है। नमूना इतना मोटा और कठोर होना चाहिए कि वह हिलने-डुलने का प्रतिरोध कर सके। किसी किनारे, दूसरे indentation या support discontinuity के बहुत पास लिया गया reading गलत रूप से अधिक या कम हो सकता है।

Superficial Rockwell स्केलों में गहराई का वही सिद्धांत उपयोग किया जाता है, लेकिन thin sections, छोटे पार्ट्स और सतही layers के लिए कम बल लगाए जाते हैं। चयनित स्केल और indenter के आधार पर 3 kgf के minor load के बाद 15, 30 या 45 kgf का major load लगाया जाता है। 30N, 45N, 30T और 15T जैसे पदनाम बल तथा indenter family की पहचान करते हैं; स्केल का पदनाम ठीक उसी रूप में रिपोर्ट किया जाना चाहिए और इसे सामान्य HRC या HRB से प्रतिस्थापित नहीं करना चाहिए। Superficial परीक्षणों से पतली hardened layer के आर-पार जाने या हल्के सेक्शन को विकृत करने का जोखिम घटता है, लेकिन इससे अपने-आप अधिक सटीक परिणाम प्राप्त नहीं होता। सतह की उपयुक्त तैयारी फिर भी आवश्यक है और प्रभावित गहराई indentation के आकार की तुलना में पर्याप्त बड़ी होनी चाहिए।

Vickers और Knoop माइक्रोहार्डनेस

Vickers विधि में 136-डिग्री के face-to-face कोण वाले square-based डायमंड pyramid को नमूने में दबाया जाता है। लोड हटाने के बाद ऑपरेटर अवशिष्ट इम्प्रेशन के दोनों diagonals को ऑप्टिकल रूप से मापता है और HV, अर्थात Vickers कठोरता, की गणना करता है। परीक्षण बल कुछ gram-force वाले microhardness loads से लेकर लगभग 100 kgf के conventional loads तक होते हैं। 600 HV 0.5 जैसे पदनाम में कठोरता और 0.5 kgf का परीक्षण बल दर्शाया जाता है।

चूँकि स्टील की सामान्य कठोरता-सीमा में डायमंड का आकार नहीं बदलता, इसलिए Vickers एक ही indenter geometry से नरम और बहुत कठोर स्टीलों को कवर कर सकता है। यह weld cross-sections, decarburization checks, nitrided layers, carburized cases और स्थानीय ग्रेडिएंट के आर-पार hardness traverses के लिए उपयोगी है। इम्प्रेशन Brinell इम्प्रेशन की तुलना में बहुत छोटा होता है, इसलिए polished preparation और सावधानीपूर्वक spacing आवश्यक हैं। बहुत कम loads पर सतह की खुरदरापन, elastic recovery, मापन resolution और अलग-अलग phases संख्या को महत्त्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं। स्टील को मजबूती से support किया जाना चाहिए; पतली foil या unsupported edge वैध indentation प्राप्त करने के बजाय मुड़ सकती है।

Knoop माइक्रोहार्डनेस में भी डायमंड का उपयोग होता है, लेकिन इसका आकार लंबा और असममित होता है। इम्प्रेशन के long diagonal को मापा जाता है, जिससे Knoop hardness value प्राप्त होती है, जिसे सामान्यतः HK के रूप में दर्शाया जाता है। Knoop बहुत पतली coatings, कम गहराई वाले cases तथा brittle या छोटे क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, क्योंकि इसका इम्प्रेशन उथला और लंबा होता है। इसकी geometry परिणाम को orientation, सतह की तैयारी, cracking और microstructural features की दिशा के प्रति संवेदनशील बनाती है। केवल इसलिए कि दोनों में डायमंड indenters का उपयोग होता है, Knoop और Vickers मानों को समान नहीं माना जाना चाहिए।

Leeb और Scleroscope विधियाँ

Leeb कठोरता स्थैतिक indentation परीक्षण के बजाय एक dynamic rebound विधि है। Spring-driven impact body, जिसमें सामान्यतः टंग्स्टन-कार्बाइड बॉल या कोई अन्य निर्दिष्ट tip लगी होती है, सतह पर प्रहार करता है। उपकरण impact velocity और rebound velocity को मापता है और उनके अनुपात पर आधारित Leeb मान, सामान्यतः HL, रिपोर्ट करता है। संपर्क-चिह्न छोटा होता है, लेकिन reading सतह की finish, curvature, mass, मोटाई, support और impact direction पर बहुत अधिक निर्भर करती है। ASTM A956 में Leeb परीक्षण शामिल है।

Leeb उन बड़े forgings, स्थापित machinery और ऐसे स्थानों के लिए उपयोगी है जहाँ conventional bench tester को स्थापित नहीं किया जा सकता। पार्ट का भारी होना या rigid support से मजबूती से coupled होना आवश्यक है; अन्यथा vibration ऊर्जा को सोख लेती है और rebound value घट जाती है। HL से HRC, HBW या किसी अन्य स्केल में conversion के लिए सही impact device, direction और material family आवश्यक हैं। यह static indentation test का प्रत्यक्ष विकल्प नहीं है।

Scleroscope विधि भी rebound पर आधारित है। एक fixed height से vertical tube के भीतर diamond-tipped hammer छोड़ा जाता है और स्टील की सतह से rebound होने के बाद वह जिस ऊँचाई तक पहुँचता है, उसका अवलोकन या इलेक्ट्रॉनिक मापन किया जाता है। परिणाम Scleroscope hardness units में व्यक्त किया जाता है, जिसे सामान्यतः HS के रूप में लिखा जाता है। Brinell या Vickers के विपरीत, इसमें मापे गए स्थायी इम्प्रेशन से कठोरता की गणना नहीं की जाती। इसलिए सतह की स्वच्छता, vertical alignment, mass, support और roughness का इस पर बड़ा प्रभाव पड़ता है।

ASTM E140-12 निर्दिष्ट धातुओं, जिनमें homogeneous carbon, alloy और tool steels शामिल हैं, के लिए HBW, HV, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb मानों के बीच approximate relationships प्रदान करता है। ASTM बताता है कि alloy, grain structure और heat treatment इन conversions को प्रभावित करते हैं। ISO 18265:2013 भी conversion के सिद्धांत निर्धारित करता है और चेतावनी देता है कि converted values केवल परीक्षण किए गए exact material पर ही सीधे लागू होती हैं; tensile-strength estimates सबसे कम विश्वसनीय conversions हैं। इसलिए स्केल का चयन पहले एक वैध measured value प्राप्त करने के उद्देश्य से किया जाना चाहिए। Converted number द्वितीयक साक्ष्य है, न कि direct testing का विकल्प, जब स्टील की strength या acceptance उस पर निर्भर हो।

ASTM E140 और ISO 18265: मानक क्या अनुमति देते हैं

कठोरता-रूपांतरण मानक किसी एक परीक्षण-परिणाम को दूसरी विधि से किए गए समतुल्य मापन में परिवर्तित नहीं करते। वे कठोरता-पैमाने के बीच अनुभवजन्य संबंध प्रदान करते हैं, जिन्हें सामान्यतः सारणियों के रूप में व्यक्त किया जाता है। यह अंतर महत्वपूर्ण है: मापा गया मान किसी निर्दिष्ट इंडेंटर, बल, होल्ड समय और प्रक्रिया को भाग पर लागू करके सीधे प्राप्त किया जाता है; परिवर्तित मान उस मापन से गणना किया जाता है; और अनुमानित तनन सामर्थ्य कठोरता से निकाला गया एक अतिरिक्त निष्कर्ष है। प्रत्येक चरण अनिश्चितता बढ़ा सकता है।

ASTM E140-12 का दायरा

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता-रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए निर्दिष्ट कठोरता-पैमाने के बीच अनुमानित संबंध प्रस्तुत करता है। इसकी सारणियों में Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb मान शामिल हैं। यह दस्तावेज़ ऐसा सामान्य समीकरण नहीं है जो प्रत्येक कठोरता-पैमाने को परस्पर विनिमेय बना दे। यह उन मामलों के लिए संदर्भ है जिनमें सामग्री और परीक्षण-स्थितियाँ उस लागू सारणी में दर्शाए गए अनुभव के दायरे में आती हैं।

इस्पात के लिए, मानक में समरूप carbon steels, alloy steels और tool steels के लिए सारणियाँ शामिल हैं। “समरूप” शब्द महत्वपूर्ण है। अपेक्षाकृत एकसमान इस्पात के लिए विकसित सारणी को carburized case, decarburized surface, weld heat-affected zone, banded rolled product या तीव्र कठोरता-ढाल वाले भाग का वर्णन करने वाली नहीं माना जा सकता। इंडेंटर केवल उथले क्षेत्र का नमूना ले सकता है, जबकि अनुरोधित रूपांतरण उसके नीचे एकसमान सामग्री होने की अंतर्निहित धारणा पर आधारित हो सकता है।

ASTM International सीधे बताता है कि “रूपांतरण alloy, grain structure और heat treatment से प्रभावित होते हैं” (2012)। ये चर इंडेंटर के नीचे होने वाली विकृति-प्रतिक्रिया को बदलते हैं। दो इस्पातों की Brinell कठोरता समान हो सकती है, लेकिन ferrite, pearlite, bainite, martensite या retained austenite का अनुपात अलग हो सकता है। इसलिए वे अलग-अलग तनन सामर्थ्य, yield behavior और किसी अन्य कठोरता-पैमाने पर अलग परिणाम दे सकते हैं। एक ही grade के भीतर भी normalized, quenched-and-tempered, annealed और cold-worked अवस्थाएँ समान रूपांतरण-वक्र का अनुसरण करें, यह आवश्यक नहीं है।

सारणियाँ कठोरता की उस सीमा पर भी निर्भर करती हैं जिसे वे समाहित करती हैं। किसी सारणी के मध्य के निकट किया गया रूपांतरण उसकी ऊपरी या निचली सीमा पर स्वतः विश्वसनीय नहीं हो जाता। Extrapolation, सारणी में उपलब्ध प्रविष्टि का अनुमत विकल्प नहीं है। इसी प्रकार, जब indentation किसी किनारे, किसी अन्य impression, backing surface या weld boundary के बहुत निकट हो, तब Rockwell C परिणाम को Brinell में परिवर्तित नहीं करना चाहिए। स्वच्छ संख्यात्मक आउटपुट खराब परीक्षण को ठीक नहीं करता।

रूपांतरण से पहले scale selection किया जाता है। अपेक्षाकृत मोटे, विषम या बड़े-section वाले इस्पात के लिए Brinell अक्सर उपयोगी होता है, क्योंकि उसका बड़ा impression अधिक व्यापक आयतन का औसत लेता है। Vickers व्यापक कठोरता-सीमा को कवर कर सकता है और कम loads पर लागू किया जा सकता है, लेकिन छोटे impressions surface preparation, स्थानीय phases और measurement resolution के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। अनेक production checks के लिए Rockwell methods तीव्र और व्यावहारिक हैं, जबकि superficial Rockwell scales पतले sections या surface-treated layers के लिए बल और penetration कम करते हैं। Leeb और Scleroscope methods dynamic tests हैं, जिनके readings mass, support, orientation, surface condition और instrument calibration पर अत्यधिक निर्भर होते हैं।

ASTM E140-12 इन method differences को समाप्त नहीं करता। उदाहरण के लिए, कोई सारणी HRC और HB के बीच अनुमानित संबंध बता सकती है, लेकिन वह यह स्थापित नहीं कर सकती कि किसी विशेष भाग का परीक्षण सही ढंग से किया गया था या उसकी microstructure उस population से संबंधित थी जिससे यह संबंध व्युत्पन्न किया गया है। इसलिए reported result में मूल scale और method बनाए रखने चाहिए। “62 HRC, approximately 700 HV में परिवर्तित” लिखना केवल “700 HV” लिखने से अधिक जानकारी देता है, क्योंकि पहला मान मापा गया है और दूसरा inferred है।

जब hardness का उपयोग tensile strength का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है, तब भी यही सावधानी लागू होती है। 1929 में प्रकाशित empirical Rockwell–Brinell relationships पर NIST study ने बताया कि commercial purposes के लिए steel में tensile strength का अनुमान Brinell hardness से अक्सर लगाया जा सकता है। यह निष्कर्ष उपयुक्त steel population के भीतर व्यावहारिक estimation का समर्थन करता है; यह HB को tensile strength का universal function सिद्ध नहीं करता। Tensile testing किसी shaped specimen में fracture-related behavior को मापता है, जबकि indentation अलग stress state के अंतर्गत localized plastic resistance को मापता है।

ISO 18265:2013 के सिद्धांत

ISO 18265:2013, धात्विक सामग्री—कठोरता-मूल्यों का रूपांतरण, scales के बीच hardness values को परिवर्तित करने और tensile strength का अनुमान लगाने के सिद्धांत निर्धारित करता है। यह मानक conversion को material, hardness method, applicable range और संबंध के पीछे उपलब्ध evidence पर सशर्त मानता है। इसलिए यह इस दावे की अपेक्षा responsible use के framework के अधिक निकट है कि सभी scales की एक निश्चित mathematical equivalence होती है।

एक केंद्रीय limitation स्पष्ट रूप से दी गई है: “परिवर्तित values केवल परीक्षण की गई exact material पर सीधे लागू होती हैं” (International Organization for Standardization, 2013)। व्यवहार में “exact material” में ASTM A36, AISI 4140 या UNS S30400 जैसे nominal grade designation से अधिक बातें शामिल होती हैं। इसमें relevant limits के भीतर composition, product form, grain structure, surface condition, heat treatment, prior deformation और—कई मामलों में—विशिष्ट manufacturing route भी शामिल होते हैं। 600 °C पर quenched और tempered किया गया 4140 bar, केवल इसलिए 4140 carburized gear tooth या induction-hardened shaft के साथ interchangeable नहीं हो जाता कि सभी पर एक ही base grade designation अंकित है।

ISO 18265:2013 tensile-strength estimates को least reliable conversions के रूप में भी पहचानता है। यह ranking metallurgically उचित है। दो indentation scales के बीच conversion भी इस बात पर निर्भर करता है कि अलग-अलग indenters और loads उसी material के साथ किस प्रकार परस्पर क्रिया करते हैं। Hardness से ultimate tensile strength की ओर जाने पर strain hardening, defects, anisotropy, specimen geometry और failure behavior पर अतिरिक्त निर्भरता जुड़ जाती है। कोई hardness number incorrect heat treatment की screening कर सकता है, लेकिन जब वह property design या acceptance requirement हो, तब वह अकेले specified tensile-strength range के अनुपालन को सिद्ध नहीं कर सकता।

Evidence से qualifications हटाने के खतरे को बार-बार उद्धृत किया जाने वाला एक संबंध स्पष्ट करता है। Materials Science and Engineering: A में प्रकाशित 2012 के एक अध्ययन ने कुछ high-strength, ductile metallic materials के लिए लगभग $H_V\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ संबंध पहचाना। यहाँ $H_V$ compatible stress unit में व्यक्त hardness है और ${\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ ultimate tensile strength है। यह संबंध material-class-specific है, सभी steels के लिए कोई law नहीं। उसी अध्ययन ने बताया कि hardness-to-strength ratios material class, microstructure और indentation morphology पर निर्भर करते हैं। Cast iron, soft annealed low-carbon steel, precipitation-hardened stainless steel और tempered martensitic tool steel पर बिना qualification के factor three लागू करना defensible नहीं होगा।

कुछ सीमित मामलों में empirical relation उपयोगी हो सकता है। Historical और contemporary unalloyed structural steels पर 2023 के एक अध्ययन में raw या normalized condition वाले steels के लिए Brinell hardness और tensile-strength parameters के बीच सामान्यतः linear relationship पाया गया। जब tested material studied population के भीतर बना रहता है, तब यह परिणाम plant-specific या product-family estimate का समर्थन कर सकता है। यह उस line को quenched-and-tempered alloy steel, cold-drawn wire या weldment पर लागू करने का औचित्य नहीं देता।

अनुमानित सारणियाँ बनाम material-specific calibration

एक standardized reference table और एक qualification correlation अलग-अलग प्रश्नों के उत्तर देते हैं। ASTM E140-12 मूलतः यह पूछता है कि standard के निर्धारित scope के अंतर्गत specified class of metals के लिए किसी measured value के अनुरूप लगभग कौन-सा hardness value हो सकता है। Qualification correlation यह पूछता है कि एक परिभाषित steel, process route, condition और part के लिए कौन-सा संबंध प्रदर्शित किया गया है।

उदाहरण के लिए, कोई manufacturer या laboratory किसी नामित mill route से प्राप्त normalized 1045 steel का परीक्षण कर सकता है, matched specimens पर Brinell hardness और tensile strength माप सकता है और वास्तविक production range पर regression fit कर सकता है। यदि इसे नए lots के विरुद्ध जाँचा गया हो और uncertainty analysis से समर्थित किया गया हो, तो परिणामी equation उस 1045 condition के लिए उपयुक्त हो सकती है। इसे induction-hardened 1045 पर स्वतः लागू नहीं करना चाहिए और न ही तब tensile tests का स्थान लेना चाहिए जब कोई contract yield या ultimate strength को सीधे निर्दिष्ट करता हो।

SAE की 1967 technical report, Hardness Tests and Hardness Number Conversions, इस बात को व्यावहारिक रूप से स्पष्ट करती है: precise conversions को particular steel composition, heat treatment और part के लिए विकसित किया जाना चाहिए, क्योंकि size, mass, composition और processing इस संबंध को प्रभावित करते हैं। Part size और mass dynamic methods तथा उन thin sections के लिए विशेष रूप से relevant हैं जो पर्याप्त support प्रदान नहीं कर सकते। किसी भी conversion का प्रयास करने से पहले surface preparation, curvature, indentation spacing और backing hardness भी measured value को बदल सकते हैं।

एक defensible report में measured hardness, standard और scale, test force या load, indenter, location, surface condition, material grade और heat-treatment condition दर्ज होने चाहिए। यदि converted value आवश्यक हो, तो उसे converted के रूप में label किया जाना चाहिए और ASTM E140-12 या ISO 18265:2013 से संबद्ध किया जाना चाहिए; जहाँ व्यावहारिक हो, वहाँ संबंधित table या range भी दी जानी चाहिए। यदि tensile strength का अनुमान लगाया गया हो, तो report में empirical model, calibration population, scatter और limits of use की पहचान होनी चाहिए।

जब परिणाम fracture-critical design, heat-treatment release या tensile properties के विरुद्ध formal acceptance को प्रभावित करता हो, तब direct tensile testing उपयुक्त evidence है, जब तक कि किसी separately qualified procedure ने correlation स्थापित न किया हो। Hardness conversion comparison और process control के लिए मूल्यवान है। यह किसी सुविधाजनक संख्या को universal substitute मानने की अनुमति नहीं देता।

स्टील ग्रेड और रासायनिक संघटन रूपांतरण को क्यों बदलते हैं

कठोरता का कोई अंक किसी विशिष्ट लोडिंग चक्र के अंतर्गत किसी विशिष्ट इंडेंटर के प्रति प्रतिरोध को दर्शाता है। यह स्टील की समग्र सामर्थ्य, तन्यता, भंगुरता-व्यवहार या सूक्ष्मसंरचना की पहचान नहीं करता। दो नमूनों की माप 200 HBW हो सकती है, जबकि वे फेराइट, पर्लाइट, बेनाइट, मार्टेंसाइट, कार्बाइड और अवशिष्ट ऑस्टेनाइट के बहुत अलग-अलग मिश्रणों के माध्यम से उस मान तक पहुँचते हों। उनकी तन्य सामर्थ्य अलग हो सकती है, और किसी अन्य कठोरता पैमाने पर उनके मान सामान्य रूपांतरण सारणी द्वारा सुझाए गए अंक से मेल न भी खा सकते हैं।

यह अंतर मापी गई कठोरता, रूपांतरित कठोरता और अनुमानित तन्य सामर्थ्य के बीच भेद स्पष्ट करता है। मापी गई 200 HBW, परिभाषित ब्रिनेल परीक्षण से प्राप्त परिणाम है। सारणी से प्राप्त 92 HRB जैसा मान एक रूपांतरित परिणाम है। इनमें से किसी भी मान से निकाली गई तन्य सामर्थ्य एक अतिरिक्त अनुमान है, जिसमें अतिरिक्त अनिश्चितता होती है। ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं और कठोरता पैमानों के लिए लगभग संबंध प्रदान करता है, लेकिन ASTM स्पष्ट रूप से कहता है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, दाना-संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)।

कार्बन, मिश्रधातु तत्व और हार्डनेबिलिटी

कार्बन कई परस्पर संबद्ध तंत्रों के माध्यम से स्टील की कठोरता बदलता है। कम-कार्बन फेरिटिक स्टील में कार्बन का एक बड़ा भाग फेराइट में रहता है या अपेक्षाकृत कम मात्रा में पर्लाइट बनाता है। धीमी गति से ठंडी की गई संरचना में कार्बन की मात्रा बढ़ाने से सामान्यतः पर्लाइट का अंश बढ़ता है और क्वेंचिंग के दौरान मार्टेंसाइट बनाने के लिए उपलब्ध कार्बन की मात्रा भी बढ़ती है। मार्टेंसाइट, फेराइट से बहुत अधिक कठोर होता है, लेकिन उसकी कठोरता उसके कार्बन अंश और टेम्परिंग की स्थिति पर भी अत्यधिक निर्भर करती है। इसलिए क्वेंच किए गए 0.40%C स्टील और क्वेंच किए गए 0.20%C स्टील को केवल इस आधार पर समान तन्य-सामर्थ्य संबंध नहीं दिया जा सकता कि सतह की माप संयोगवश समान है।

कठोरीकरण-क्षमताकठोरीकरण-क्षमता निर्दिष्ट शीतलन-स्थिति के अंतर्गत इस्पात में एक निश्चित गहराई तक मार्टेंसाइट विकसित करने की क्षमता; यह अधिकतम कठोरता के समान नहीं है।

मिश्रधातु तत्व उपस्थित फेज़ों और उनके बनने की प्रक्रिया—दोनों को बदलते हैं। मैंगनीज़, क्रोमियम, मोलिब्डेनम और निकेल पर्लाइट तथा बेनाइट रूपांतरणों में विलंब कर सकते हैं, जिससे हार्डनेबिलिटी बढ़ती है—अर्थात् निर्दिष्ट शीतलन दर के अंतर्गत स्टील जिस गहराई तक मार्टेंसाइट विकसित कर सकता है। AISI 1045 में ऐसा खंड हो सकता है जिसमें सतह पर तीव्र शीतलन के कारण कठोर मार्टेंसिटिक सतह और अपेक्षाकृत नरम फेरिटिक-पर्लिटिक कोर बने। क्रोमियम और मोलिब्डेनम के मिश्रण वाले AISI 4140 को तुलनीय उपचार में अधिक गहराई तक कठोर किया जा सकता है। यदि दोनों भागों को समान नाममात्र क्वेंच दिया जाए, तब भी उनकी कठोरता-प्रवणताएँ और तन्य गुण अलग हो सकते हैं, भले ही किसी एक स्थानीय इंडेंटेशन पर समान HRC मान प्राप्त हो।

मोटी धाराओं में कठोरता और हार्डनेबिलिटी के बीच का अंतर महत्वपूर्ण होता है। हार्डनेबिलिटी का अर्थ यह नहीं है कि प्रत्येक बिंदु समान रूप से कठोर हो जाता है; इसका अर्थ है कि शीतलन के दौरान स्टील प्रसारी रूपांतरण का प्रतिरोध करता है। खंड का आकार, क्वेंचेंट, प्रवाह-संचलन और भाग की ज्यामिति शीतलन इतिहास निर्धारित करते हैं। इसलिए SAE की 1967 की तकनीकी रिपोर्ट, कठोरता परीक्षण और कठोरता-अंक रूपांतरण, कहती है कि सटीक रूपांतरण विशेष स्टील संघटन, ऊष्मा-उपचार और भाग के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संघटन और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं (SAE International, 1967)।

कार्बाइड विचलन का एक और स्रोत प्रदान करते हैं। किसी टूल या स्टेनलेस स्टील में क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइड, कुछ हाई-स्पीड या पाउडर-मेटलर्जी ग्रेडों में वैनेडियम कार्बाइड और पर्लाइट में लौह कार्बाइड—इनमें से कोई भी इंडेंटेशन के साथ उसी प्रकार परस्पर क्रिया नहीं करता जिस प्रकार एक समान मार्टेंसिटिक मैट्रिक्स करता है। कार्बाइडों की अधिक मात्रा इंडेंटेशन के प्रति प्रतिरोध बढ़ा सकती है, जबकि मैट्रिक्स के तन्य विरूपण और कठोरता के बीच संबंध को कम कर सकती है। अवशिष्ट ऑस्टेनाइट इसके विपरीत जटिलता उत्पन्न कर सकता है: क्वेंचिंग के बाद नमूना अधिक कठोरता दिखा सकता है, फिर भी सेवा या ग्राइंडिंग के दौरान होने वाला आगे का रूपांतरण उसके आयाम और मापी गई कठोरता को बदल सकता है।

टेम्पर उपचार भी महत्वपूर्ण है। टेम्पर्ड मार्टेंसाइट, बेनाइट और सूक्ष्म पर्लाइट की कठोरता-सीमाएँ एक-दूसरे से ओवरलैप कर सकती हैं, जबकि उनका यील्ड-से-तन्य-सामर्थ्य अनुपात और भंगुरता-प्रतिक्रिया अलग हो सकती है। इसके बाद इंडेंटेशन का आकार, अवशिष्ट तनाव, कार्य-कठोरीकरण और विषमदैशिकता भी रीडिंग को प्रभावित करते हैं। समान नाममात्र कठोरता किसी फेज़-विश्लेषण के बराबर नहीं होती।

अलॉय-रहित संरचनात्मक स्टील और वाणिज्यिक सहसंबंध

कठोरता–सामर्थ्य की व्यापक प्रवृत्ति अब भी किसी सीमित स्टील-परिवार के भीतर उपयोगी हो सकती है। कच्ची या नॉर्मलाइज़्ड अवस्था में अलॉय-रहित संरचनात्मक स्टीलों में प्रायः फेराइट और पर्लाइट होते हैं, जिनके अनुपात कार्बन अंश और शीतलन इतिहास के साथ बदलते हैं। 2023 में अध्ययन किए गए ऐतिहासिक और समकालीन अलॉय-रहित संरचनात्मक स्टीलों ने उन अवस्थाओं में ब्रिनेल कठोरता और तन्य-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध दिखाया (Materials Today: Proceedings, 2023)। यह परिणाम बताता है कि नियंत्रित समूह के सामान्य संरचनात्मक स्टीलों के लिए ब्रिनेल-आधारित सामर्थ्य अनुमान अपेक्षाकृत अच्छी तरह काम कर सकते हैं।

यह संबंध अनुभवजन्य है, भौतिक नियम नहीं। EN 10025-2 S275JR और EN 10025-2 S355JR जैसे ग्रेडों के लिए कठोरता रीडिंग प्रक्रिया-जाँच या मोटे स्क्रीनिंग अनुमान में सहायक हो सकती है, जब यह ज्ञात हो कि सामग्री अपेक्षित आपूर्ति-अवस्था में अलॉय-रहित या निम्न-मिश्रधातु संरचनात्मक स्टील है। आवश्यक तन्य परीक्षण के बिना यह निर्दिष्ट यील्ड सामर्थ्य और तन्य-सामर्थ्य सीमाओं के अनुपालन को स्थापित नहीं कर सकती। नॉर्मलाइज़िंग दाना-संरचना को परिष्कृत करती है और फेराइट–पर्लाइट संतुलन बदलती है; रोलिंग इतिहास और पृथक्करण परिणाम को फिर से बदल सकते हैं।

1929 के NIST अध्ययन में अनुभवजन्य रॉकवेल–ब्रिनेल संबंधों के बारे में बताया गया कि वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए स्टील की तन्य सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है (NIST, 1929)। यहाँ “अक्सर” ही कार्यकारी सीमा है। ऐसा अनुमान उस जनसमूह के भीतर लगभग सहसंबंध के लिए उपयोगी है जिससे वह निकाला गया हो, लेकिन सभी स्टील ग्रेडों में तन्य परीक्षण को बदलने की अनुमति नहीं देता।

ISO 18265:2013 पैमानों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तन्य सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत स्थापित करता है, लेकिन चेतावनी देता है कि रूपांतरित मान सीधे केवल उसी सटीक सामग्री पर लागू होते हैं जिसका परीक्षण किया गया हो; साथ ही यह तन्य-सामर्थ्य अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचानता है (ISO, 2013)। इसलिए HBW से HRC की सारणी में दिया गया मान इस प्रमाण के रूप में नहीं देखा जाना चाहिए कि रूपांतरित HRC मान समान विश्वास-स्तर के साथ तन्य सामर्थ्य का पूर्वानुमान लगाता है।

टूल स्टील, स्टेनलेस स्टील और अपवर्जित धारणाएँ

टूल स्टील और स्टेनलेस स्टील सामान्य कार्बन-स्टील सहसंबंधों की सीमाएँ स्पष्ट करते हैं। कठोर और टेम्पर्ड मैट्रिक्स में AISI D2 में क्रोमियम-समृद्ध कार्बाइडों की पर्याप्त मात्रा हो सकती है। हॉट-वर्क टूल-स्टील उपचार के बाद AISI H13 में टेम्पर्ड मिश्रधातु मार्टेंसाइट हो सकता है। क्वेंचिंग और टेम्परिंग के बाद AISI 420 स्टेनलेस स्टील अपेक्षाकृत नरम एनील्ड सामग्री से लेकर कठोर मार्टेंसिटिक सामग्री तक हो सकता है। प्रत्येक अवस्था इंडेंटेशन की प्रतिक्रिया बदलती है, और केवल इसलिए किसी को भी कार्बन-स्टील रूपांतरण नहीं दिया जाना चाहिए कि उसका HRC या HV मान उसी संख्यात्मक सीमा में आता है।

AISI 304 और AISI 316 जैसे ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील एक अलग समस्या प्रस्तुत करते हैं। उनका फेस-सेंटर्ड-क्यूबिक मैट्रिक्स इंडेंटेशन के दौरान प्रबल कार्य-कठोरीकरण कर सकता है, और कुछ संघटनों में ठंडी कमी से विरूपण-प्रेरित मार्टेंसाइट बन सकता है। इसलिए ठंडे कार्य के बाद मापी गई कठोरता प्रारंभिक संघटन और प्रसंस्करण इतिहास—दोनों को दर्शाती है। फेरिटिक, डुप्लेक्स, प्रीसिपिटेशन-हार्डनिंग और मार्टेंसिटिक स्टेनलेस ग्रेडों के लिए अलग धारणाएँ आवश्यक हैं, क्योंकि उनका फेज़-संतुलन और सामर्थ्य-वर्धन तंत्र अलग-अलग होते हैं।

अक्सर उद्धृत समीकरण Hᵥ ≈ 3σUTS की पहचान कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक सामग्रियों के लिए की गई है, लेकिन Materials Science and Engineering: A में 2012 के एक अध्ययन ने जोर दिया कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात सामग्री-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान पर निर्भर करते हैं (Materials Science and Engineering: A, 2012)। यह स्टील के लिए सार्वभौमिक रूपांतरण नहीं है।

जब तक कोई योग्यताप्राप्त सहसंबंध स्वीकृत न हो, तन्य गुण स्वीकृति, अभिकल्प या विफलता-मूल्यांकन को नियंत्रित करते हों तो प्रत्यक्ष तन्य परीक्षण आवश्यक रहता है। Strong evidence

इसलिए रिपोर्टों में मापे गए पैमाने, परीक्षण मानक, जहाँ प्रासंगिक हो वहाँ बल या बॉल का विनिर्देशन, स्थान और सामग्री की अवस्था दी जानी चाहिए। यदि कोई रूपांतरित मान रिपोर्ट किया जाता है, तो उसे रूपांतरित के रूप में चिह्नित करें और संबंधित सारणी या मानक का नाम दें। यदि तन्य सामर्थ्य का अनुमान लगाया गया है, तो उसे अनुमान के रूप में चिह्नित करें और उस अनुमान का समर्थन करने वाली सामग्री-सीमा बताएं। जब स्वीकृति, डिजाइन अनुमेय मान या विफलता-मूल्यांकन तन्य गुणों पर निर्भर हों, तो प्रत्यक्ष तन्य परीक्षण आवश्यक बना रहता है।

ऊष्मा उपचार और सूक्ष्मसंरचना: त्रुटि के मुख्य स्रोत

किसी भी कठोरता-संबंध में ऊष्मा उपचार एक प्रथम-क्रम चर होता है। इसे इस्पात ग्रेड के नीचे दिए गए फुटनोट की तरह नहीं माना जा सकता। समान नाममात्र रासायनिक संरचना वाले दो नमूनों में भी एनीलिंग, नॉर्मलाइजिंग, क्वेंचिंग, टेम्परिंग, कार्ब्यूराइजिंग, नाइट्राइडिंग या इंडक्शन हार्डनिंग के बाद कठोरता, तनन सामर्थ्य, तन्यता और इंडेंटेशन प्रतिक्रिया में पर्याप्त अंतर हो सकता है। यदि कठोरता रूपांतरण में अवस्था की उपेक्षा की जाए, तो ऐसा अंक प्राप्त हो सकता है जो देखने में अत्यंत सटीक हो, लेकिन जिसका भौतिक आधार बहुत कमजोर हो।

यह अंतर इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि अक्सर तीन अलग-अलग राशियों को एक-दूसरे से भ्रमित कर दिया जाता है। मापी गई कठोरता किसी निर्दिष्ट परीक्षण से प्राप्त परिणाम होती है, जैसे 220 HBW या 62 HRC। रूपांतरित कठोरता किसी अन्य स्केल पर लगाया गया अनुमानित मान होती है, जैसे Vickers कठोरता से निकाला गया Rockwell C मान। अनुमानित तनन सामर्थ्य कठोरता से आगे निकाला गया निष्कर्ष होता है और यह स्केल-रूपांतरण की तुलना में कम विश्वसनीय होता है। ASTM E140-12, Standard Hardness Conversion Tables for Metals, निर्दिष्ट धातुओं, जिनमें समरूप कार्बन, मिश्रधातु और टूल स्टील शामिल हैं, के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb स्केलों के बीच अनुमानित संबंध प्रदान करता है। इसमें यह भी कहा गया है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, ग्रेन संरचना और ऊष्मा उपचार से प्रभावित होते हैं।”

ISO 18265:2013 भी इसी सीमा को स्पष्ट रूप से बताता है। यह स्केलों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है, लेकिन यह भी कहता है कि रूपांतरित मान केवल परीक्षण किए गए ठीक उसी पदार्थ पर प्रत्यक्ष रूप से लागू होते हैं। इसमें तनन-सामर्थ्य के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरण के रूप में पहचाना गया है। ये प्रतिबंध विशेष रूप से तब महत्वपूर्ण होते हैं जब मापी गई सतह पूरे अनुप्रस्थ काट का प्रतिनिधित्व नहीं करती।

एनील्ड, नॉर्मलाइज्ड, क्वेंच्ड और टेम्पर्ड अवस्थाएँ

एनील्ड इस्पात में धीमी शीतलन से सामान्यतः अपेक्षाकृत मोटी ferrite–pearlite संरचना या मशीनिंग और फॉर्मिंग के लिए चुनी गई कोई अन्य नरम संरचना बनती है। इस अवस्था में Brinell इंडेंटेशन अपेक्षाकृत बड़े आयतन का नमूना लेता है, जिसमें ferrite और pearlite colonies होती हैं। कम-कार्बन इस्पातों के किसी संकीर्ण समूह के भीतर परिणामी कठोरता अक्सर तनन सामर्थ्य के साथ उचित रूप से सहसंबंधित होती है, लेकिन यह संबंध कार्बन मात्रा, pearlite अंश, colony spacing और grain size के साथ फिर भी बदलता है। कम-कार्बन एनील्ड इस्पात और अधिक-कार्बन एनील्ड इस्पात की परीक्षण सतहें देखने में समान हो सकती हैं, फिर भी उनके सामर्थ्य–कठोरता अनुपात अलग हो सकते हैं।

नॉर्मलाइजिंग से तुलना बदल जाती है। क्रांतिक परास से ऊपर गर्म करने और उसके बाद वायु में ठंडा करने से सामान्यतः धीमी भट्ठी-शीतलन की तुलना में अधिक महीन ferrite और pearlite बनते हैं। Grain refinement से yield strength और तनन सामर्थ्य बढ़ सकते हैं, परंतु इंडेंटेशन कठोरता में उसी अनुपात में वृद्धि आवश्यक नहीं है। 2023 के Materials Today: Proceedings अध्ययन में ऐतिहासिक और समकालीन unalloyed structural steels के लिए raw या normalized अवस्था में Brinell कठोरता और तनन-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया। यह परिणाम अध्ययन किए गए समूह के भीतर व्यावहारिक अनुमान का समर्थन करता है; लेकिन इससे यह रेखा quenched-and-tempered alloy steel या surface-hardened component पर लागू नहीं हो जाती।

क्वेंचिंग से martensite बनता है, जिसमें अक्सर retained austenite और transformation stresses भी होते हैं। कठोरता तेजी से बढ़ सकती है क्योंकि इंडेंटर को उच्च-सामर्थ्य और shear-resistant phase का सामना करना पड़ता है, लेकिन तनन प्रतिक्रिया कार्बन मात्रा, prior-austenite grain size, carbide dissolution, retained austenite और cracking sensitivity पर भी निर्भर करती है। Quenched SAE 1045 नमूना और quenched AISI 4140 नमूना दोनों उच्च Rockwell C मान के निकट पढ़े जा सकते हैं, फिर भी उनके तनन सामर्थ्य और toughness अलग हो सकते हैं। उनके मिश्रधातु तत्व hardenability और temper response को बदलते हैं; इसलिए समान नाममात्र HRC समान तनन गुणों की गारंटी नहीं देता।

टेम्परिंग martensite को विघटित या संशोधित करती है, अवशिष्ट प्रतिबल घटाती है और carbide distribution बदलती है। निम्न-तापमान टेम्परिंग कुछ quench stress को कम करते हुए उच्च कठोरता बनाए रख सकती है। अधिक-तापमान वाली टेम्परिंग कठोरता घटाती है, लेकिन toughness सुधार सकती है और ऐसी strength–hardness relationship उत्पन्न कर सकती है जो as-quenched अवस्था से अलग हो। उदाहरण के लिए, quenched-and-tempered AISI 4140 shaft की तुलना समान मिश्रधातु और समान अवस्था के conversion data से की जानी चाहिए, न कि किसी सामान्य carbon-steel table से। एक ही ग्रेड के भीतर भी tempering temperature और time पदार्थ को कठोरता, yield strength, तनन सामर्थ्य और elongation के अलग-अलग संयोजनों से गुज़ार सकते हैं।

1929 में प्रकाशित empirical Rockwell–Brinell relationships पर NIST अध्ययन ने बताया कि व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए इस्पात का तनन सामर्थ्य अक्सर Brinell कठोरता से अनुमानित किया जा सकता है। “अक्सर” यहाँ निर्णायक शब्द है। यह परिणाम एक अनुभवजन्य समूह का वर्णन करता है, न कि ऐसा भौतिक नियम जो ऊष्मा उपचार में हर परिवर्तन के बाद भी मान्य रहे। 1967 की SAE तकनीकी रिपोर्ट Hardness Tests and Hardness Number Conversions ने भी इसी प्रकार इस बात पर जोर दिया कि सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात संरचना, ऊष्मा उपचार और component के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और processing इस संबंध को प्रभावित करते हैं।

सतह कठोरीकरण और मोटाई के आर-पार प्रवणताएँ

Carburizing, nitriding और induction hardening किसी एक कठोरता मान को और भी कम प्रतिनिधिक बना देते हैं। Carburizing से कम-कार्बन इस्पात की सतह कार्बन से समृद्ध होती है और इसके बाद quenching करके अधिक tough, कम-कार्बन core के ऊपर कठोर martensitic case बनाया जाता है। सतह पर 60 HRC या उससे अधिक का मान मिल सकता है, जबकि core काफी नरम हो सकता है। इस सतही मान को पूरे component के तनन सामर्थ्य में बदलना category error है: परीक्षण case को मापता है, न कि समान पदार्थ के रूप में load-bearing cross-section को।

Nitriding से nitrogen-enriched diffusion zone बनता है और सतह के निकट iron nitrides की compound layer बन सकती है, जिसमें ε-Fe₂–₃N और γ′-Fe₄N जैसे यौगिक शामिल होते हैं। यह layer बहुत कठोर और पतली हो सकती है। Conventional Rockwell या Brinell परीक्षण अनुपयुक्त हो सकते हैं, क्योंकि उनका penetration और plastic zone treated region के नीचे तक फैलता है; hardness profile को स्पष्ट करने के लिए अक्सर micro-Vickers या Knoop traverse आवश्यक होता है। यदि indentation की गहराई layer thickness की तुलना में बहुत अधिक हो, तो microindentation value भी substrate से विकृत हो सकती है।

कठोरता स्तर

Induction hardening से कठोर martensitic zone बनता है, जिसकी गहराई frequency, power, scan speed, geometry और quench conditions पर निर्भर करती है। सतह से transition region होते हुए नरम core तक कठोरता लगातार बदलती रहती है। स्थान और measurement depth बताए बिना रिपोर्ट किया गया “62 HRC” अपूर्ण है। एक ही component पर सतह, effective case depth और core में अलग-अलग रूपांतरण प्राप्त हो सकते हैं।

ये प्रवणताएँ indentation geometry को भी प्रभावित करती हैं। कठोर layer पर बनाया गया उथला indentation उसके नीचे स्थित नरम पदार्थ से सीमित हो सकता है; गहरा indentation कई regions का औसत लेता है। Surface curvature, section thickness, edge distance और part mass stress field को बदल सकते हैं। ASTM E140-12 की tables उन material ranges और test conditions के लिए बनाई गई हैं जिनका tables में प्रतिनिधित्व है, न कि मनमाने case-hardened profiles के लिए। ISO 18265:2013 की यह आवश्यकता कि कोई रूपांतरण प्रत्यक्ष रूप से केवल परीक्षण किए गए ठीक उसी पदार्थ पर लागू हो, इस संदर्भ में विशेष रूप से प्रासंगिक है।

Grain structure, phases और indentation morphology

कठोरता indentation के प्रति स्थानीय प्रतिरोध है, तनन सामर्थ्य का प्रत्यक्ष मापन नहीं। इंडेंटर सीमित आयतन में elastic और plastic deformation उत्पन्न करता है। Grain size, crystallographic texture, phase boundaries, inclusions, carbides और residual stresses—सभी उस आयतन को प्रभावित करते हैं। Fine ferrite–pearlite structure, coarse pearlite की तुलना में deformation को अलग प्रकार से वितरित कर सकती है। Bainite, martensite, ferrite, retained austenite और carbide-rich regions अलग-अलग deformation mechanisms के माध्यम से समान average hardness values उत्पन्न कर सकते हैं।

Residual compressive stress indentation के प्रति apparent resistance बढ़ा सकता है, जबकि tensile residual stress इसे घटा सकता है या cracking को बढ़ावा दे सकता है। इसलिए grinding burns, decarburization, shot peening और machining damage सतह की reading को बदल सकते हैं, जबकि bulk tensile properties उसी अनुपात में न बदलें। Indentation placement भी महत्वपूर्ण है: किसी बड़े carbide के ऊपर, phase boundary के निकट या पहले से बने indentation के पास स्थित indent matrix का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकता।

Indentation morphology एक और चेतावनी देती है। Brinell और Vickers methods स्थायी impression के आकार और आकृति पर निर्भर करती हैं; Rockwell methods penetration depth पर निर्भर करती हैं। किसी indent के चारों ओर pile-up से contact area आदर्शीकृत analysis की अपेक्षा छोटा दिखाई दे सकता है, जबकि sink-in से वह बड़ा हो सकता है। Anisotropic, multiphase या अत्यधिक work-hardening वाले इस्पातों में ये प्रभाव hardness और flow stress के बीच संबंध को बदल देते हैं। Materials Science and Engineering: A में प्रकाशित 2012 के peer-reviewed अध्ययन ने बताया कि hardness-to-strength ratios material class, microstructure और indentation morphology पर निर्भर करते हैं। इसमें कुछ high-strength, ductile metallic materials के लिए लगभग Hᵥ ≈ 3σUTS संबंध की पहचान की गई, लेकिन यह अभिव्यक्ति material-class-specific है, कोई सार्वभौमिक steel equation नहीं।

अतः किसी report में steel grade, heat-treatment condition, test method, scale, location और case-depth संबंधी कोई भी जानकारी दी जानी चाहिए। 245 HBW जैसा measured value, 23 HRC जैसे converted value के साथ interchangeable नहीं है, और इनमें से कोई भी स्वतः estimated tensile strength नहीं होता। जब acceptance, fracture risk या structural design तनन गुणों पर निर्भर हो, तो उचित उपाय direct tensile testing या validated grade-and-condition-specific correlation है—न कि किसी सुविधाजनक hardness number से किया गया असमर्थित रूपांतरण।

ब्रिनेल, रॉकवेल और विकर्स रूपांतरण संबंध

कठोरता रूपांतरण सारणियाँ HBW, HRC और HV को परस्पर विनिमेय माप नहीं बनातीं। वे एक पैमाने पर मापे गए मान से दूसरे पैमाने पर अनुमानित मान देती हैं। यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि प्रत्येक विधि में अलग इंडेंटर, बल, संपर्क-ज्यामिति और गणना-प्रक्रिया का उपयोग होता है। 220 HBW जैसा ब्रिनेल परिणाम अपेक्षाकृत बड़े इंडेंटेशन के व्यास से मापा जाता है; 220 HBW को 21 HRC में परिवर्तित करना सारणी-आधारित अनुमान है, न कि दूसरा रॉकवेल परीक्षण।

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, सुपरफिशियल रॉकवेल, नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब पैमानों के बीच लगभग संबंध प्रदान करता है। इसकी इस्पात-संबंधी सारणियों में समांगी कार्बन इस्पात, मिश्रधातु इस्पात और टूल स्टील शामिल हैं। इसकी एक महत्वपूर्ण सीमा है: ASTM के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, दानेदार संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं।” ISO 18265:2013 भी कठोरता पैमानों के बीच रूपांतरण तथा तन्य सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत स्थापित करता है, लेकिन यह कहता है कि परिवर्तित मान सीधे केवल उसी सटीक पदार्थ पर लागू होते हैं जिसका परीक्षण किया गया हो। इसलिए कोई सारणी अपनी निर्दिष्ट सामग्री और सीमा के भीतर तुलना का समर्थन करती है; वह कठोरता संख्याओं के बीच भौतिक समानता स्थापित नहीं करती।

HBW-से-HRC और HRC-से-HBW सारणियों को पढ़ना

सबसे पहले वास्तविक परीक्षण और उसका पूर्ण अभिहितकरण पहचानें। HBW का अर्थ है टंग्स्टन-कार्बाइड बॉल से मापी गई ब्रिनेल कठोरता; बॉल का व्यास और लगाया गया बल भी रिपोर्ट किया जा सकता है, जैसे 220 HBW 10/3000। HRC का अर्थ है रॉकवेल C कठोरता, जो सामान्यतः रॉकवेल प्रक्रिया के अंतर्गत डायमंड कोन और कुल 150 kgf बल से प्राप्त की जाती है। तकनीकी रिपोर्टिंग में केवल “HB” या “HR” लिखना अपूर्ण है, क्योंकि बॉल की सामग्री, बॉल का व्यास, रॉकवेल पैमाना और परीक्षण-बल परिणाम को प्रभावित कर सकते हैं।

220 HBW को HRC में बदलने के लिए, लागू ASTM E140-12 या ISO 18265:2013 सारणी के HBW कॉलम में 220 खोजें और HRC कॉलम तक पढ़ें। यदि पंक्ति 21 HRC देती है, तो उचित रिपोर्ट इस प्रकार होगी: 220 HBW से परिवर्तित लगभग 21 HRC; इसे ऐसे “21 HRC” के रूप में रिपोर्ट नहीं करना चाहिए मानो रॉकवेल C परीक्षण किया गया हो। उलटा रूपांतरण भी इसी सावधानी से करना चाहिए: मापे गए HRC मान से शुरू करें, सही इस्पात-सारणी चुनें और संबंधित HBW अनुमान पढ़ें। उलटी खोज से मूल संख्या आवश्यक रूप से दोबारा प्राप्त नहीं होगी, क्योंकि सारणीबद्ध संबंध को राउंड किया गया होता है और वह किसी प्रतिलोम समीकरण के बजाय फिट किए गए या अनुभवजन्य संबंध पर आधारित हो सकता है।

आसन्न प्रविष्टियाँ सटीक समतुल्य नहीं होतीं। मान लें कि कोई सारणी 210 HBW को 19 HRC और 230 HBW को 22 HRC दर्शाती है। मापा गया 220 HBW इन दोनों पंक्तियों के बीच आता है, लेकिन इसका अर्थ यह नहीं कि उसमें एक सटीक 20.5 HRC और भौतिक रूप से सत्यापित रॉकवेल मान दोनों मौजूद हैं। यदि लागू मानक उस सीमा में इंटरपोलेशन की अनुमति देता है, तो रैखिक इंटरपोलेशन रिपोर्टिंग-सहायता के रूप में लगभग 20.5 HRC दे सकता है; फिर भी यह एक अनुमान ही रहेगा, जिसकी अनिश्चितता में रूपांतरण-संबंध के प्रसरण और मूल मापन की अनिश्चितता दोनों शामिल हैं।

सामग्री-वर्ग का पुर्जे से मेल खाना आवश्यक है। मार्टेंसिटिक संरचना तक क्वेंच और टेम्पर किया गया 4140 इस्पात आवश्यक नहीं कि सामान्यीकृत AISI 1020, एनील्ड AISI 1045 या उच्च-कार्बन टूल स्टील के समान HBW–HRC संबंध का पालन करे। इसका कारण केवल सारणीबद्ध नहीं, बल्कि यांत्रिक है: इंडेंटेशन प्रतिक्रिया पर उपज सामर्थ्य, विकृति-कठोरीकरण, कार्बाइड वितरण, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, दाने का आकार, अवशिष्ट तनाव और इंडेंटेशन के आसपास होने वाली विकृति का प्रभाव पड़ता है। SAE International की 1967 की रिपोर्ट, कठोरता परीक्षण और कठोरता संख्या रूपांतरण, बताती है कि सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात-संरचना, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं।

दोहराए जाने वाले निरीक्षण के लिए रॉकवेल परीक्षण तेज और सुविधाजनक है, लेकिन यह उन परिस्थितियों के प्रति संवेदनशील हो सकता है जिन्हें बड़ा ब्रिनेल इंडेंटेशन औसत कर देता है। पतले खंड मुड़ सकते हैं या इंडेंटेशन का तनाव-क्षेत्र विपरीत सतह के साथ परस्पर क्रिया कर सकता है। अपर्याप्त रूप से समर्थित नमूना गलत परिणाम दे सकता है। पैमाने का चयन भी महत्वपूर्ण है: जहाँ HRB उपयुक्त हो वहाँ HRC का उपयोग करना, या उसके बल और इंडेंटर की पहचान किए बिना सुपरफिशियल रॉकवेल पैमाना लागू करना, तुलना को अमान्य कर देता है। सतही स्केल, डीकार्बराइजेशन, खुरदरापन, वक्रता और इंडेंट के बीच अपर्याप्त दूरी रीडिंग बदल सकते हैं। परिवर्तित HRC मान खराब HBW मापन को ठीक नहीं कर सकता और न ही अनुपयुक्त रॉकवेल व्यवस्था की भरपाई कर सकता है।

विकर्स कब उपयोगी सेतु प्रदान करता है

विकर्स कठोरता को HV के रूप में रिपोर्ट किया जाता है और जहाँ आवश्यक हो वहाँ परीक्षण-बल भी बताया जाता है। इसमें डायमंड पिरामिड का उपयोग होता है और इंडेंटेशन की दोनों विकर्णों से कठोरता की गणना की जाती है। इसकी ज्यामिति इसे किसी एक रॉकवेल पैमाने की तुलना में अधिक विस्तृत कठोरता-सीमा में उपयोगी बनाती है और उन स्थितियों में भी उपयोगी है जहाँ ब्रिनेल बॉल बहुत बड़ी हो। विकर्स इंडेंटेशन से किसी छोटी कठोरित परत, वेल्ड या ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र, किसी एकल फेज़ क्षेत्र अथवा पतले खंड की जाँच की जा सकती है, बशर्ते बल, सतह-तैयारी, इंडेंटेशन-अंतराल और प्रकाशीय मापन लागू विधि के अनुरूप हों।

जब पैमाने की सीमाओं के कारण HBW और HRC के बीच सीधी तुलना कठिन हो, तब विकर्स एक सेतु का कार्य कर सकता है। उदाहरण के लिए, कार्ब्यूराइज़्ड केस पारंपरिक ब्रिनेल इंडेंटेशन के लिए बहुत पतला हो सकता है और मानक रॉकवेल परीक्षण में अस्थिर परिणाम दे सकता है, यदि इंडेंटेशन केस से आगे प्रवेश कर जाए। कम-बल वाला विकर्स ट्रैवर्स सतह से कोर की ओर कठोरता-प्रवणता दिखा सकता है। ऐसी स्तरित संरचना को एक ही परिवर्तित HRC संख्या देने की तुलना में यह जानकारी अधिक उपयोगी है। यही बात वेल्ड धातु और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्रों पर भी लागू होती है, जहाँ कुछ मिलीमीटर के भीतर कई सूक्ष्मसंरचनाएँ मौजूद हो सकती हैं।

विकर्स स्वतः अधिक सटीक नहीं होता। इसकी विकर्ण-माप सतह की गुणवत्ता, प्रकाशीय रिज़ॉल्यूशन, ऑपरेटर के निर्णय, पाइल-अप या सिंक-इन तथा चुने गए बल से प्रभावित होती है। बहुत छोटे इंडेंटेशन मापन-त्रुटि को बढ़ा देते हैं। स्थानीय रूप से मापा गया HV मान किसी कार्बाइड, मार्टेंसाइट द्वीप या डीकार्बराइज़्ड पैच का नमूना भी हो सकता है, न कि उस समग्र इस्पात का, जिसे ब्रिनेल इंडेंटेशन दर्शाता है। इसलिए HV को HRC या HBW में बदलना तभी सार्थक है जब सारणी संबंधित इस्पात-वर्ग, कठोरता-अंतराल और परीक्षण-बल की स्थितियों को कवर करती हो।

कठोरता-से-सामर्थ्य सूत्रों के लिए और भी अधिक सावधानी आवश्यक है। Materials Science and Engineering: A में 2012 के एक अध्ययन ने कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए लगभग संबंध Hᵥ ≈ 3σUTS पहचाना, जबकि यह भी दिखाया कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान पर निर्भर करते हैं। यह कार्बन और मिश्रधातु इस्पातों के लिए कोई सामान्य समीकरण नहीं है। ISO 18265:2013 तन्य-सामर्थ्य अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचानता है। 1929 के NIST अध्ययन में पाया गया कि व्यावसायिक प्रयोजनों के लिए इस्पात के तन्य सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है, लेकिन यह निष्कर्ष नियंत्रित अनुभवजन्य अनुमान का समर्थन करता है, तन्य परीक्षण के सार्वभौमिक विकल्प का नहीं।

सीमा, इंटरपोलेशन और असंततताएँ

रूपांतरण का उपयोग केवल सारणी में निर्दिष्ट कठोरता-सीमा और सामग्री-वर्ग के भीतर करें। यदि कोई सारणी 60 HRC पर समाप्त होती है, तो 64 HRC के मापे गए मान को अंतिम पंक्तियों से एक्स्ट्रपोलेट नहीं करना चाहिए। यदि पुर्जा प्रीसिपिटेशन-हार्डेन्ड स्टेनलेस स्टील का है, लेकिन सारणी में केवल समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल स्टील शामिल हैं, तो देखने में सबसे निकट वाली पंक्ति चुन लेने से रूपांतरण वैध नहीं हो जाता। केवल ग्रेड-अभिहितकरण भी अपर्याप्त हो सकता है: सामान्यीकृत, एनील्ड, क्वेंच्ड, टेम्पर्ड, कार्ब्यूराइज़्ड और कोल्ड-वर्क्ड अवस्थाएँ समान नाममात्र संरचना पर अलग-अलग संबंध उत्पन्न कर सकती हैं।

इंटरपोलेशन केवल तभी स्वीकार्य है जब मानक या अनुमोदित प्रक्रिया उसका समर्थन करती हो और आसपास की प्रविष्टियाँ उपयुक्त सतत खंड बनाती हों। इसे इंटरपोलेशन के रूप में पहचाना जाना चाहिए और ऐसी समझदारीपूर्ण राउंडिंग करनी चाहिए जिससे असमर्थित सटीकता का संकेत न मिले। ब्रिनेल सारणी से 21.37 HRC रिपोर्ट करना सामान्यतः स्रोत द्वारा समर्थित निश्चितता से अधिक निश्चितता का दावा करता है। पहले मापा गया मान, फिर परिवर्तित मान और संदर्भ रिपोर्ट करें, जैसे: “220 HBW; ASTM E140-12 के अनुसार परिवर्तित लगभग 21 HRC।”

जहाँ सारणी सामग्री-वर्ग, रॉकवेल पैमाना, इंडेंटर या कठोरता-अंतराल बदलती है, वहाँ असंततताएँ दिखाई दे सकती हैं। वे इस्पात में अचानक परिवर्तन के बजाय इंडेंटेशन यांत्रिकी में संक्रमण को भी दर्शा सकती हैं। ऐसी सीमा के आर-पार स्मूदिंग न करें और अलग-अलग सारणियों के मानों का औसत न निकालें। जब स्वीकृति तन्य गुणों, केस की गहराई, वेल्ड योग्यता या निर्दिष्ट ग्रेड-अवस्था पर निर्भर हो, तो आवश्यक प्रत्यक्ष परीक्षण करें। रूपांतरण तुलना का उपकरण है; यह प्रमाण नहीं है कि जो परीक्षण किया ही नहीं गया, उसमें नमूना उत्तीर्ण होता।

कठोरता और तन्य सामर्थ्य: संबंध, समानता नहीं

कठोरता और तन्य सामर्थ्य संबंधित हैं, क्योंकि दोनों धातु के प्लास्टिक विकृति के प्रतिरोध पर निर्भर करते हैं, लेकिन ये परस्पर विनिमेय गुण नहीं हैं। कठोरता परीक्षण एक स्थान पर छोटा इंडेंटेशन बनाता है। तन्य परीक्षण मानकीकृत नमूने को उसके कहीं बड़े आयतन में तब तक भारित करता है, जब तक उपज, प्लास्टिक प्रवाह और फ्रैक्चर न हो जाएँ। इसलिए दोनों परीक्षण अलग-अलग पदार्थ-आयतन का नमूना लेते हैं, अलग-अलग तनाव-अवस्थाएँ उत्पन्न करते हैं और अलग प्रकार के मापन देते हैं।

कठोरता मान सीधे विकर्स, ब्रिनेल, रॉकवेल, नूप या किसी अन्य पैमाने पर मापा जा सकता है। परिवर्तित कठोरता मान किसी प्रकाशित संबंध का उपयोग करके अलग मापे गए पैमाने से गणना किया जाता है। अनुमानित तन्य सामर्थ्य एक अतिरिक्त चरण है: इसमें कठोरता से तन्य गुण का अनुमान लगाया जाता है। प्रत्येक चरण में धारणाएँ और संभावित त्रुटियाँ जुड़ती हैं। अनुमानित तन्य सामर्थ्य को ऐसे प्रस्तुत करना मानो वह तन्य-परीक्षण का परिणाम हो, खराब रिपोर्टिंग-पद्धति है—विशेषकर तब, जब विनिर्देशन, डिजाइन-गणना या विफलता-जाँच उपज सामर्थ्य, अंतिम तन्य सामर्थ्य या बढ़ाव पर निर्भर करती हो।

कठोरता यांत्रिक रूप से क्या मापती है

कठोरता स्थानीयकृत प्लास्टिक विरूपण के प्रति प्रतिरोध है। विकर्स परीक्षण में एक निर्दिष्ट बल के साथ हीरे के पिरामिड को सतह में दबाया जाता है, फिर बने हुए इंडेंटेशन के दोनों विकर्णों को मापा जाता है। विकर्स कठोरता संख्या, $H_{\mathrm{V}}$, लगाए गए बल और इंडेंटेशन के प्रक्षेपित क्षेत्रफल से गणना की जाती है। ब्रिनेल परीक्षण में एक कार्बाइड गेंद को पदार्थ में दबाया जाता है और बल का संबंध बने हुए इंडेंटेशन के व्यास से स्थापित किया जाता है। इसके विपरीत, रॉकवेल परीक्षण परिभाषित लघु और मुख्य भारों के अंतर्गत प्रवेश की गहराई को मापता है; परिणाम को HRC या HRB जैसे निर्दिष्ट पैमाने पर प्रदर्शित किया जाता है।

इंडेंटर संपर्क के नीचे एक जटिल त्रि-आयामी प्रतिबल क्षेत्र उत्पन्न करता है। इसमें संपीडन, कर्तन और तनन घटक शामिल होते हैं, तथा इंडेंटेशन के निकट का पदार्थ तीव्र प्लास्टिक विकृति का अनुभव कर सकता है। मापी गई प्रतिक्रिया पर कार्य-कठोरीकरण, प्रत्यास्थ पुनर्प्राप्ति, घर्षण, इंडेंटर की ज्यामिति, सतह की तैयारी और प्लास्टिक रूप से विकृत क्षेत्र का आकार प्रभाव डालते हैं। यह परीक्षण सतह के ठीक नीचे स्थित पदार्थ को भी दर्शाती है, जो आवश्यक नहीं कि पूरे पुर्जे के औसत गुणों का प्रतिनिधित्व करे।

यह स्थानीय प्रकृति बताती है कि कठोरता प्रवणताओं और प्रसंस्करण के प्रभावों की जाँच के लिए उपयोगी क्यों है। शमन और टेम्परिंग से बनी मार्टेंसाइटिक परत, डीकार्बराइज़्ड सतह, वेल्ड का ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र या कार्ब्यूराइज़्ड केस ऐसी कठोरता प्रदर्शित कर सकता है जो कोर से बहुत भिन्न हो। इंडेंटेशन के बीच की दूरी, किनारे से दूरी, नमूने की मोटाई, वक्रता और सतह का खुरदरापन भी परिणाम को विकृत कर सकते हैं। कठोरता संख्या को उसके पैमाने, परीक्षण विधि, भार और स्थिति के बिना अपूर्ण माना जाता है। “60” का अर्थ 60 HRC, 60 HRB, 60 HRA या निर्दिष्ट भार के अंतर्गत लगभग 60 HV हो सकता है; ये मान समतुल्य नहीं हैं।

इसके विपरीत, तनन सामर्थ्य एक-अक्षीय तनन परीक्षण के दौरान प्राप्त अधिकतम इंजीनियरिंग प्रतिबल है। नमूने को एक गेज लंबाई के आर-पार खींचा जाता है और रिपोर्ट की गई अंतिम तनन सामर्थ्य, ${\sigma }_{\mathrm{UTS}}$, अधिकतम भार को मूल अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल से विभाजित करके गणना की जाती है। यह परीक्षण अपेक्षाकृत बड़े गेज आयतन में होने वाले विरूपण को दर्ज करता है और अतिरिक्त गुणों को प्रकट करता है, जिनमें यील्ड व्यवहार, समरूप दीर्घीकरण, कुल दीर्घीकरण और क्षेत्रफल में कमी शामिल हैं। कठोरता इंडेंटेशन ये तनन-विकृति मापन प्रदान नहीं कर सकता।

विषमांगी इस्पात में यह अंतर महत्वपूर्ण है। सतह की कठोरता का परीक्षण एक पतली कठोरित परत से अत्यधिक प्रभावित हो सकता है, जबकि कोर की तनन सामर्थ्य कम हो। इसके विपरीत, मोटे दाने वाला क्षेत्र, बैंडेड सूक्ष्मसंरचना, समावेशन की मात्रा या स्थानीय ऊष्मा-उपचार भिन्नता छोटे इंडेंटेशन की तुलना में तनन नमूने को अलग ढंग से प्रभावित कर सकती है। नियंत्रित उत्पादन-समूह के भीतर कठोरता और सामर्थ्य एक-दूसरे के अनुरूप बदल सकते हैं, लेकिन यह अनुरूपता एक अनुभवजन्य परिणाम है, परिभाषा नहीं।

लगभग $H_{\mathrm{V}}\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ संबंध

बार-बार दोहराया जाने वाला एक नियम कहता है:

$$H_{\mathrm{V}}\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$$

जब विकर्स कठोरता और तनन सामर्थ्य को संगत इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, तब यह संबंध मोटे परिमाण-क्रम की तुलना के रूप में कभी-कभी उपयोगी होता है। उदाहरण के लिए, $H_{\mathrm{V}}=600$ वाले किसी पदार्थ को इस प्रकार के संबंध के अंतर्गत लगभग $2,000\text{MPa}$ की तनन सामर्थ्य से संबद्ध किया जा सकता है। यह गणना किसी पदार्थ का प्रमाणपत्र नहीं है और इसे प्रमाणपत्र के रूप में प्रस्तुत नहीं किया जाना चाहिए।

यह संबंध कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए पहचाना गया है। Materials Science and Engineering: A में 2012 में प्रकाशित एक अध्ययन ने बताया कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात पदार्थ वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन की आकृति-विज्ञान पर निर्भर करता है। ये सीमाएँ निर्णायक हैं। तीन का गुणक सभी इस्पातों, सभी कठोरता-पैमानों या सभी ऊष्मा-उपचारों के लिए सामान्य समीकरण नहीं है। केवल इसलिए यह मान्य नहीं हो जाता कि मापी गई संख्या को विकर्स कठोरता कहा गया है।

यांत्रिक दृष्टि से इस सन्निकटन का एक युक्तिसंगत आधार है। इंडेंटर के नीचे प्लास्टिक विरूपण के लिए उच्च प्रतिनिधि प्रवाह प्रतिबल आवश्यक होता है, जबकि तनन सामर्थ्य एक-अक्षीय विरूपण और विकृति-कठोरीकरण के दौरान प्राप्त प्रतिबल स्तर को दर्शाती है। ऐसे सीमित पदार्थ-वर्ग में, जहाँ प्रतिनिधि इंडेंटेशन दाब, प्रवाह प्रतिबल और तनन प्रतिक्रिया के बीच एक सुसंगत संबंध हो, लगभग स्थिर अनुपात उत्पन्न हो सकता है। विरूपण की क्रियाविधि या विकृति-कठोरीकरण व्यवहार बदलने पर यह अनुपात भी बदल जाता है।

विभिन्न प्रसंस्करण मार्गों के बाद एक ही इस्पात ग्रेड इस सन्निकटन से अलग हो सकता है। फेराइट-पर्लाइट, बैनाइट, टेम्पर्ड मार्टेंसाइट और क्वेंच्ड मार्टेंसाइट भार के अधीन समान प्रकार से कठोर नहीं होते। अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, कार्बाइड का वितरण, दाने का आकार, अवशिष्ट प्रतिबल और पूर्ववर्ती विरूपण इंडेंटेशन की आकृति तथा तनन वक्र को बदल सकते हैं। उच्च-कार्बन टूल स्टील, निम्न-कार्बन संरचनात्मक इस्पात और ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील समान नाममात्र कठोरता मानों पर भी कठोरता-से-तनन-सामर्थ्य के भिन्न अनुपात प्रदर्शित कर सकते हैं।[5][5] Brinell hardness and tensile-strength relationship in unalloyed structural steels. Materials Today: Proceedings authors. Materials Today: Proceedings, 2023.

प्रकाशित अनुभवजन्य कार्य सार्वभौमिक प्रतिस्थापन के बजाय सीमित और स्थिति-विशिष्ट उपयोग का समर्थन करता है। Materials Today: Proceedings में 2023 में रिपोर्ट किए गए शोध में कच्ची या सामान्यीकृत स्थिति वाले ऐतिहासिक और समकालीन अनमिश्रित संरचनात्मक इस्पातों के लिए ब्रिनेल कठोरता और तनन-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक संबंध पाया गया। यह परिणाम उस पदार्थ-समूह और स्थिति के लिए उपयोगी है। इससे क्वेंच्ड-एंड-टेम्पर्ड मिश्रधातु इस्पात, कोल्ड-वर्क्ड शीट, केस-हार्डेंड घटकों या वेल्डेड संरचनाओं के लिए वही रेखीय संबंध स्थापित नहीं होता।

इकाइयों के मामले में भी सावधानी आवश्यक है। विकर्स कठोरता को परंपरागत रूप से विमाहीन कठोरता संख्या के रूप में रिपोर्ट किया जाता है, यद्यपि इसका संबंध प्रति इकाई क्षेत्रफल बल से होता है। तनन सामर्थ्य सामान्यतः MPa या N/mm² में रिपोर्ट की जाती है। चूँकि $1{\text{kgf/mm}}^2$ लगभग $9.807\text{MPa}$ के बराबर है, इसलिए कठोरता की परंपरागत इकाइयों और SI प्रतिबल इकाइयों को असावधानी से मिलाने पर लगभग एक परिमाण-क्रम की त्रुटि हो सकती है। एक विश्वसनीय रिपोर्ट में समीकरण, इकाइयाँ, पदार्थ-समूह और अनिश्चितता स्पष्ट होनी चाहिए।

तनन-सामर्थ्य के अनुमान सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरण क्यों हैं

कठोरता-पैमाने का रूपांतरण और तनन-सामर्थ्य का अनुमान लगाना समान कार्य नहीं हैं। ASTM E140-12, Standard Hardness Conversion Tables for Metals, निर्दिष्ट धातुओं—जिनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल स्टील शामिल हैं—के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, सतही रॉकवेल, क्नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब मानों के बीच लगभगित संबंध देता है। ASTM International के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, दाने की संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं।” इसलिए ये सारणियाँ परिभाषित अनुभवजन्य समूहों का वर्णन करती हैं; वे प्रत्येक कठोरता मान को सार्वभौमिक पदार्थ-गुण में परिवर्तित नहीं करतीं।

ISO 18265:2013, Metallic materials—Conversion of hardness values, पैमानों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है। यह चेतावनी भी देता है कि “रूपांतरित मान सीधे केवल ठीक उसी परीक्षण किए गए पदार्थ पर लागू होते हैं” और तनन-सामर्थ्य के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचानता है। यह क्रम अनुमान-श्रृंखला से स्पष्ट होता है। HRC को HV में बदलना पहले ही दो इंडेंटेशन विधियों के बीच संबंध मान लेता है। इनमें से किसी मान से ${\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ का अनुमान लगाना अतिरिक्त रूप से स्थानीयकृत इंडेंटेशन प्लास्टिकता और बड़े आयतन वाले एक-अक्षीय विरूपण के बीच संबंध मानता है।

1929 में प्रकाशित NIST अध्ययन ने अनुभवजन्य रॉकवेल–ब्रिनेल संबंधों पर टिप्पणी करते हुए कहा कि व्यावसायिक प्रयोजनों के लिए इस्पात की तनन सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है। यह व्यावहारिक अवलोकन है, भौतिक समानता की घोषणा नहीं। “अक्सर” इस्पात-समूह, स्थिति और स्वीकार्य त्रुटि पर निर्भर करता है। NIST का अवलोकन संबंधित ग्रेड और प्रसंस्करण मार्ग से प्राप्त तनन आँकड़ों के विरुद्ध संबंध को मान्य करने की आवश्यकता समाप्त नहीं करता।

1967 में प्रकाशित SAE तकनीकी रिपोर्ट Hardness Tests and Hardness Number Conversions ने इस सीमा को और स्पष्ट किया: सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात संरचना, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं। मोटी फोर्जिंग, पतली पट्टी और छोटा ऊष्मा-उपचारित पिन—इनके नाममात्र ग्रेड समान होने पर भी—भिन्न सहसंबंध उत्पन्न कर सकते हैं। ज्यामिति इंडेंटेशन के आसपास प्रतिबंध को बदलती है, जबकि द्रव्यमान और सेक्शन का आकार शीतलन दर और इसलिए सूक्ष्मसंरचना को प्रभावित करते हैं।

स्वीकृति संबंधी निर्णयों के लिए, कठोरता से व्युत्पन्न तनन सामर्थ्य को एक अनुमान के रूप में चिह्नित किया जाना चाहिए और उसके साथ मापा गया पैमाना, परीक्षण मानक, स्थान, पदार्थ ग्रेड, ऊष्मा-उपचार की स्थिति, अंशांकन समूह और अपेक्षित अनिश्चितता दी जानी चाहिए। यदि किसी ड्रॉइंग या पदार्थ विनिर्देशन में तनन सामर्थ्य अपेक्षित है, तो उचित प्रमाण लागू मानक के अनुसार किया गया तनन परीक्षण है, न कि ऐसा रूपांतरित मान जिसे केवल इसलिए चुना गया हो कि वह आवश्यकता के निकट दिखाई देता है। कठोरता से छँटाई, तुलना और निगरानी की जा सकती है। लेकिन अकेले इसके आधार पर इस्पात के पुर्जे के संपूर्ण तनन व्यवहार को सिद्ध नहीं किया जा सकता।

ज्यामिति, आकार, द्रव्यमान और परीक्षण-स्थान

कठोरता का मान किसी विशिष्ट इंडेंटर के नीचे स्थित पदार्थ के किसी विशिष्ट आयतन की प्रतिक्रिया को दर्शाता है। यह केवल संघटन का वर्णन नहीं करता। एक ही ऊष्मा-उपचारित इस्पात से काटे गए दो नमूने अलग-अलग रीडिंग दे सकते हैं, यदि उनमें से एक पतला हो, उसे कम सहारा मिला हो, वह वक्र या खुरदरा हो, डीकार्बराइज़्ड हो, या उसका मापन पहले किए गए किसी इंडेंटेशन के निकट किया गया हो। इसलिए मापा गया मान बदल सकता है, भले ही मिश्रधातु और ऊष्मा-उपचार में कोई परिवर्तन न हुआ हो।

किसी भी रूपांतरण का प्रयास करने से पहले यह बात महत्वपूर्ण है। कोई रूपांतरण-सारणी वैध ब्रिनेल, रॉकवेल या विकर्स मापन को किसी अन्य स्केल पर अनुमानित मान से संबंधित कर सकती है; लेकिन वह फ्लेक्सचर, कंपन, सतही क्षति या अनुपयुक्त परीक्षण-स्थान से विकृत इंडेंटेशन को ठीक नहीं कर सकती। SAE की तकनीकी रिपोर्ट कठोरता परीक्षण और कठोरता-संख्या रूपांतरण (1967) में विशेष रूप से इस बात पर बल दिया गया है कि सटीक संबंध विशिष्ट इस्पात-संघटन, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संघटन और प्रसंस्करण परिणाम को प्रभावित करते हैं।

न्यूनतम मोटाई और किनारे से दूरी

परीक्षण-टुकड़ा इतना मोटा होना चाहिए कि इंडेंटेशन के नीचे बनने वाला प्लास्टिक विकृति-क्षेत्र विपरीत सतह तक न पहुँचे। यदि ऐसा होता है, तो बैकिंग पदार्थ इंडेंटेशन को उसी प्रकार सीमित नहीं करता, जिस प्रकार कोई पर्याप्त मोटाई वाला ठोस नमूना करता है। इंडेंटर अधिक गहराई तक प्रवेश कर सकता है या संपर्क-ज्यामिति बदल सकती है, जिससे कठोरता का मान पर्याप्त मोटे सेक्शन की तुलना में कम या अन्यथा पक्षपातपूर्ण हो सकता है। अनुमत न्यूनतम मोटाई कठोरता-स्केल, इंडेंटर, लगाए गए बल और कठोरता-सीमा पर निर्भर करती है; सतही रॉकवेल परीक्षण के लिए उपयुक्त पतली शीट मानक रॉकवेल या ब्रिनेल परीक्षण के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती।

छोटे पुर्जे इससे संबंधित एक अन्य समस्या उत्पन्न करते हैं। कम-द्रव्यमान वाला घटक परीक्षण-बल के अधीन खिसक, झुक या प्रत्यास्थ रूप से विकृत हो सकता है। रॉकवेल परीक्षण में थोड़ा-सा विस्थापन भी प्रवेश-गहराई बदल देता है और ब्रिनेल परीक्षण में व्यास के मापन को प्रभावित कर सकता है। फिक्स्चर दृढ़ दिखाई दे सकता है, जबकि स्वयं पुर्जा मुड़ रहा हो। पतले फ्लैंज, संकरे रिब और खोखले सेक्शन की दीवारें विशेष रूप से संवेदनशील होती हैं।

किनारे से दूरी भी महत्वपूर्ण है। किनारे के बहुत निकट किया गया इंडेंटेशन प्लास्टिक प्रवाह का प्रतिरोध करने वाले आसपास के पदार्थ की कम मात्रा से घिरा होता है। पदार्थ मुक्त किनारे की ओर उभर सकता है और मापी गई विकर्ण-लंबाई या इंडेंटेशन-गहराई उस इंडेंटेशन के व्यवहार से भिन्न हो सकती है, जो किसी अप्रतिबंधित सतह पर बनाया गया हो। यही समस्या छिद्रों, स्लॉट, की-वे और सेक्शन में अचानक होने वाले परिवर्तनों पर भी लागू होती है। मशीन किए गए ग्रूव के पास प्राप्त रीडिंग स्वतः ही उससे सटे समतल क्षेत्र का प्रतिनिधि नहीं मानी जा सकती।

निकटवर्ती इंडेंटेशन भी परस्पर हस्तक्षेप कर सकते हैं। पिछले इंडेंटेशन से उत्पन्न प्लास्टिक विकृति स्थानीय रूप से कठोर और विस्थापित क्षेत्र छोड़ देती है। यदि अगला इंडेंटेशन बहुत निकट हो, तो उसका आकार या गहराई बदल सकती है। दूरी संबंधी आवश्यकताएँ विधि और कठोरता के अनुसार बदलती हैं, इसलिए किसी सुविधाजनक सामान्य नियम के बजाय लागू मानक को आधार बनाया जाना चाहिए। बहुत पास-पास किए गए मापों का क्रम पुनरुत्पादकता का गलत आभास दे सकता है, क्योंकि प्रत्येक परीक्षण अगले परीक्षण को प्रभावित कर रहा होता है।

सहारा, वक्रता और घटक का द्रव्यमान

सहायक एनविल मापन-तंत्र का एक भाग होता है। कठोर, स्थिर और उचित रूप से बैठा हुआ सहारा गति को सीमित करता है तथा नियंत्रित इंडेंटेशन के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया-बल प्रदान करता है। लचीली बैकिंग, फँटी हुई स्केल, बर्र, पेंट का कण या असमान फिक्स्चर स्थानीय बैठाव की अनुमति देते हैं। इसके बाद इंडेंटर इस्पात, सहारे और उनके बीच स्थित किसी भी पदार्थ की संयुक्त प्रतिक्रिया को मापता है।

कंपन का प्रभाव भी इसी प्रकार होता है। प्रेस, ग्राइंडर या मशीन-टूल के पास परीक्षण करने से बल लगाने या गहराई मापने की प्रक्रिया बाधित हो सकती है। हल्के घटक पर उसके स्वयं के लचीलेपन के कारण कंपन बढ़ सकता है। किसी भारी ब्लॉक पर प्राप्त रीडिंग और लचीले फिक्स्चर पर रखे पतले घटक से प्राप्त रीडिंग केवल इसलिए समतुल्य नहीं होतीं कि दोनों में एक ही रॉकवेल स्केल का उपयोग किया गया है।

वक्रता संपर्क-ज्यामिति को बदल देती है। उत्तल सतह पर इंडेंटर के संपर्क में आने वाला आसपास का पदार्थ समतल सतह की तुलना में कम होता है और सतह भार से दूर हट सकती है। अवतल सतह पर पहुँच और संरेखण समान रूप से समस्याग्रस्त हो सकते हैं। वक्रता की त्रिज्या और इंडेंटेशन के आकार के बीच संबंध महत्वपूर्ण है: चौड़ी, उथली वक्रता का प्रभाव कम हो सकता है, जबकि छोटी-त्रिज्या वाला शाफ्ट या ट्यूब पर्याप्त पक्षपात उत्पन्न कर सकता है। इंडेंटर स्थानीय सतह के अभिलंब होना चाहिए, केवल पूरे घटक की सामान्य दिशा के साथ संरेखित होना पर्याप्त नहीं है।

बेलनाकार पुर्जे स्थान से संबंधित प्रश्न भी उठाते हैं। शाफ्ट के शीर्ष-बिंदु पर, उसके पार्श्व के निकट या चपटी परीक्षण-पैड पर प्राप्त रीडिंग अलग-अलग प्रतिबंध-स्थितियों को दर्शा सकती है। यदि परीक्षण के लिए कोई पैड मशीन करके बनाया गया हो, तो उसे हटाने से अलग गहराई वाला पदार्थ उजागर हो सकता है और वह अब कार्यशील सतह का प्रतिनिधि नहीं रह सकता। परीक्षण-रिपोर्ट में स्थान, अभिविन्यास, सेक्शन की मोटाई और सहारे की स्थिति बताई जानी चाहिए, ताकि बाद की रीडिंग की सार्थक तुलना की जा सके।

ये सीमाएँ रूपांतरित कठोरता और शक्ति के अनुमानों पर और भी अधिक बल के साथ लागू होती हैं। ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, सतही रॉकवेल, क्नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब स्केलों के बीच अनुमानित संबंध देती है। इनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात शामिल हैं। ASTM के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, दानेदार संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं।” ज्यामिति से उत्पन्न त्रुटि उस सारणी में किसी अलग कॉलम का चयन करने से समाप्त नहीं होती।

सतह की तैयारी और डीकार्बराइज़ेशन

इंडेंटर के प्रतिनिधि इस्पात तक पहुँचने से पहले ही सतह की स्थिति परिणाम को बदल सकती है। ऑक्साइड स्केल, जंग, प्लेटिंग, पेंट, मशीनिंग-चिह्न और सतह की खुरदरापन ब्रिनेल या विकर्स इम्प्रेशन के बैठने और उसके प्रकाशीय मापन में बाधा डालते हैं। खुरदरी सतह किसी छोटे इंडेंटेशन के किनारों का स्थान निर्धारित करना कठिन बना सकती है, जबकि ऑक्साइड का ढीला कण भार के नीचे बैठ सकता है। तैयारी की विधि को मापे जा रहे धातुकर्मीय अवस्था में परिवर्तन किए बिना संदूषण हटाना चाहिए।

ग्राइंडिंग स्वतः ही हानिरहित नहीं होती। अत्यधिक ग्राइंडिंग से ऊष्मा-प्रभावित परत, स्थानीय टेम्परिंग, अवशिष्ट तनाव या कार्य-कठोरित सतही परत उत्पन्न हो सकती है। अत्यधिक दबाव ऐसी सतह बना सकता है जो उसके नीचे के पदार्थ से अधिक कठोर या अधिक नरम हो। शीतलन, हल्की कटिंग और पर्याप्त मात्रा में पदार्थ हटाने से यह जोखिम कम करने में सहायता मिलती है, लेकिन आवश्यक गहराई प्रक्रिया और घटक पर निर्भर करती है। पॉलिश की गई सतह प्रकाशीय मापन में सुधार कर सकती है, फिर भी यदि तैयारी अत्यधिक आक्रामक रही हो तो वह क्षतिग्रस्त पदार्थ का ही प्रतिनिधित्व कर सकती है।

ऊष्मा-उपचार जानबूझकर या अनजाने में कठोरता-प्रवणताएँ भी उत्पन्न कर सकता है। कार्ब्यूराइज़्ड केस अपने कम-कार्बन कोर से अधिक कठोर होता है और उथला इंडेंटेशन केवल केस को माप सकता है। जैसे-जैसे इंडेंटेशन बड़ा या गहरा होता जाता है, नरम सब्सट्रेट परिणाम को प्रभावित करने लगता है। ऐसी स्थिति में समांगी इस्पात पर आधारित रूपांतरण उपयुक्त नहीं होता। डीकार्बराइज़ेशन का प्रभाव विपरीत होता है: डीकार्बराइज़िंग वातावरण में गरम करने से सतह से कार्बन हट सकता है और अधिक कठोर इस्पात के ऊपर नरम परत रह जाती है। परिणामस्वरूप, सतही कठोरता परीक्षण किसी विनिर्देश में विफलता दिखा सकता है, भले ही आंतरिक भाग उसे पूरा करता हो; या यदि परीक्षण-बल उस परत से आगे प्रवेश कर जाए, तो परिणाम स्वीकार्य दिखाई दे सकता है।

स्थानीय मापों के लिए और भी अधिक सावधानी आवश्यक है। वेल्ड धातु, फ्यूज़न सीमा और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र में बहुत कम दूरी के भीतर अलग-अलग सूक्ष्मसंरचनाएँ और कठोरता-प्रवणताएँ हो सकती हैं। पारंपरिक ब्रिनेल इम्प्रेशन इतना बड़ा हो सकता है कि किसी एक क्षेत्र को अलग-अलग मापना संभव न हो, जबकि माइक्रो-विकर्स या क्नूप परीक्षण इस प्रवणता को स्पष्ट कर सकता है, लेकिन इसके लिए बेहतर तैयारी और इंडेंटेशन-दूरी का अधिक कठोर नियंत्रण आवश्यक होता है। रिपोर्ट में बताया जाना चाहिए कि मान वेल्ड धातु, HAZ, अप्रभावित आधार-धातु या फ्यूज़न रेखा से निर्दिष्ट दूरी पर स्थित क्षेत्र से लिया गया है।

ISO 18265:2013 कठोरता-स्केलों के रूपांतरण और तनन-शक्ति के अनुमान के सिद्धांत स्थापित करता है, लेकिन यह भी कहता है कि रूपांतरित मान सीधे केवल ठीक उसी परीक्षण किए गए पदार्थ पर लागू होते हैं तथा तनन-शक्ति के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचानता है। अनुभवजन्य रॉकवेल–ब्रिनेल संबंधों पर NIST के 1929 के अध्ययन में पाया गया कि वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए इस्पात की तनन-शक्ति का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है; यह निष्कर्ष किसी वक्र, डीकार्बराइज़्ड पुर्जे की सतही रीडिंग को तनन-परीक्षण नहीं बना देता। Materials Science and Engineering: A में प्रकाशित 2012 के एक अध्ययन ने कुछ उच्च-शक्ति, तन्य धातुओं के लिए लगभग संबंध $H_v\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ की पहचान की, साथ ही यह भी दिखाया कि अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन-आकृति पर निर्भर करता है। पहले ज्यामिति और तैयारी को नियंत्रित करना आवश्यक है। अन्यथा, रूपांतरण ऐसे मापन में केवल आभासी सटीकता जोड़ता है, जो कभी भी इच्छित पदार्थ-आयतन का प्रतिनिधित्व नहीं करता था।

कठोरता प्रवणताएँ, केस की गहराई और वेल्डेड या प्रसंस्कृत इस्पात

जब कठोरता कुछ मिलीमीटर के दसवें भाग जितनी छोटी दूरी में बदलती है, तब कठोरता का रूपांतरण विशेष रूप से अनिश्चित हो जाता है। कार्बराइज़्ड, नाइट्राइडेड, इंडक्शन-हार्डेन्ड, लेज़र-प्रसंस्कृत, वेल्डेड और योज्य-विनिर्मित इस्पात में एक ही इंडेंटेशन के आकार के भीतर या नियमित निरीक्षण में प्रयुक्त अंतराल के भीतर कई सूक्ष्मसंरचनात्मक क्षेत्र हो सकते हैं। ऐसी स्थिति में रिपोर्ट की गई “रूपांतरित तनन सामर्थ्य” एकरूपता का भ्रामक आभास देती है। यह केवल परीक्षण की गई सतह, दो क्षेत्रों से प्रभावित इंडेंटेशन, या ऐसा औसत दर्शा सकती है जो दरार, घिसाव या विरूपण को नियंत्रित करने वाले क्षेत्र को छिपा देता है।

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ (2012), निर्दिष्ट धातुओं—जिनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात शामिल हैं—के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, उथले रॉकवेल, क्नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब स्केलों के बीच लगभग संबंध प्रदान करता है। इसकी चेतावनी यहाँ केंद्रीय महत्व रखती है: “रूपांतरण मिश्रधातु, कण-संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं।” कोई प्रवणता एक और चर जोड़ती है: स्थान। ISO 18265:2013 में कहा गया है कि रूपांतरित मान केवल परीक्षण की गई ठीक उसी सामग्री पर सीधे लागू होते हैं, जबकि तनन-सामर्थ्य के अनुमान रूपांतरण का सबसे कम विश्वसनीय प्रकार हैं। इसलिए स्थानीय कठोरता मान किसी प्रक्रिया की जाँच के लिए उपयोगी हो सकता है, लेकिन इसे पूरे पुर्जे की समग्र तनन सामर्थ्य का बचाव योग्य अनुमान नहीं माना जा सकता।

केस-हार्डनिंग प्रोफ़ाइल

कार्बराइज़िंग से कार्बन-समृद्ध सतह बनती है, जो सामान्यतः क्वेंचिंग के बाद उच्च-कार्बन मार्टेंसाइट में परिवर्तित हो जाती है, जबकि कम-कार्बन कोर में कठोरणीयता की अलग प्रतिक्रिया और दृढ़ता बनी रहती है। नाइट्राइडिंग से एक यौगिक परत और एक विसरण क्षेत्र बनता है, जिसकी कठोरता गहराई के साथ घटती जाती है; यह प्रोफ़ाइल इस्पात की रासायनिक संरचना, नाइट्राइडिंग विभव, तापमान, समय और पूर्ववर्ती टेम्परिंग पर निर्भर करती है। इंडक्शन हार्डनिंग से संक्रमण क्षेत्र के ऊपर तीव्रता से क्वेंच की गई मार्टेंसाइटिक केस और उससे नरम कोर बनता है। लेज़र हार्डनिंग या लेज़र एलॉयिंग से इससे भी संकरे और अनियमित आकार वाले क्षेत्र बन सकते हैं, विशेषकर जहाँ स्कैन का ओवरलैप, शीतलन दर या तनुकरण बदलता रहता है।

सतह की कठोरता और कोर की कठोरता अलग-अलग प्रश्नों का उत्तर देती हैं। सतह के पास किया गया मापन यह सत्यापित कर सकता है कि कार्बराइज़्ड केस ने निर्दिष्ट कठोरता प्राप्त की है, लेकिन यह कम-कार्बन कोर के तनन गुणों का स्थान नहीं ले सकता। इसके विपरीत, कोर का मापन कार्यशील सतह पर संपर्क-थकान या आसंजक घिसाव के प्रतिरोध के बारे में बहुत कम बताता है। पतली केस पर एकल रॉकवेल C परिणाम विशेष रूप से अधःस्तर के प्रभाव के प्रति संवेदनशील होता है: विरूपण क्षेत्र कठोर परत के नीचे तक फैलता है, इसलिए नरम कोर प्रकट कठोरता मान को कम कर सकता है। अत्यधिक सतही वक्रता, अपर्याप्त आधार या खुरदरी यौगिक परत अतिरिक्त त्रुटि उत्पन्न कर सकती है।

प्रोफ़ाइल सामान्यतः अनुप्रस्थ काट तैयार करके, उसे सावधानी से पॉलिश करके और सतह से मापी गई गहराइयों पर विकर्स इंडेंटेशन बनाकर तैयार की जाती है। परीक्षण भार इतना होना चाहिए कि इंडेंटेशन विश्वसनीय रूप से मापे जा सकें, लेकिन इतना छोटा भी हो कि प्रवणता का विभेदन बना रहे। बहुत दूर रखे गए इंडेंटेशन संक्रमण को छोड़ देंगे; बहुत पास रखे गए इंडेंटेशन एक-दूसरे से अतिव्यापी प्लास्टिक विकृति क्षेत्रों के माध्यम से प्रभावित होंगे। ISO 6507-1 और ASTM E384 विकर्स और क्नूप परीक्षण के लिए आवश्यकताएँ निर्दिष्ट करते हैं, जिनमें अंतराल, किनारों और मापन से संबंधित सीमाएँ भी शामिल हैं। लागू मानक और परीक्षण बल को दर्ज किया जाना चाहिए, न कि केवल “माइक्रोकठोरता” के रूप में रिपोर्ट किया जाना चाहिए।

केस की गहराई केवल उस बिंदु की गहराई नहीं है जहाँ कठोरता सर्वाधिक हो। प्रभावी केस गहराई को सामान्यतः उस गहराई के रूप में परिभाषित किया जाता है जहाँ कठोरता किसी निर्दिष्ट सीमित मान तक घट जाती है, लेकिन यह सीमित मान उत्पाद विनिर्देश, इस्पात और विधि पर निर्भर करता है। एक वैध रिपोर्ट में सतह की तैयारी, परीक्षण बल, इंडेंटर का प्रकार, गहराई का आरंभ-बिंदु, इंडेंटेशन का अंतराल, कठोरता स्केल और प्रभावी गहराई के लिए प्रयुक्त मानदंड स्पष्ट होने चाहिए। देखने में चिकनी वक्ररेखा अनिश्चितता समाप्त नहीं करती; बिखराव कार्बाइड के वितरण, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, स्थानीय डीकार्बराइज़ेशन या मापन-रिज़ॉल्यूशन को दर्शा सकता है।

वेल्ड धातु और ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र

वेल्ड का अनुप्रस्थ काट एक ही सामग्री के बजाय अनेक क्षेत्रों का क्रम होता है। संलयन-वेल्ड धातु की संरचना और ठोसकरण-संरचना मूल प्लेट से भिन्न हो सकती है। इसके ठीक पास ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र (HAZ) में मोटे-कणीय, महीन-कणीय, अंतर-क्रांतिक और उप-क्रांतिक क्षेत्र हो सकते हैं। कार्बन और निम्न-मिश्रधातु इस्पातों में तीव्रता से ठंडा हुआ मोटे-कणीय HAZ कठोर मार्टेंसाइट या बैनाइट बना सकता है, जबकि टेम्पर्ड या अंतर-क्रांतिक क्षेत्र अधिक नरम हो सकता है और स्थानीय नरमी के प्रति संवेदनशील हो सकता है। वेल्ड कैप, रूट, संलयन सीमा और अप्रभावित आधार धातु—इनमें से प्रत्येक अलग-अलग रीडिंग दे सकता है।

इंडेंटेशन का स्थान महत्वपूर्ण है। संलयन सीमा पर केंद्रित इंडेंटेशन वेल्ड धातु और HAZ से आने वाले मिश्रित विकृति क्षेत्र का नमूना ले सकता है, इसलिए उसके मान को आत्मविश्वासपूर्वक किसी एक क्षेत्र से संबद्ध नहीं किया जा सकता। पहला इंडेंटेशन संलयन रेखा और नमूने के किनारे से इतना दूर होना चाहिए कि लागू परीक्षण मानक की आवश्यकताएँ पूरी हों, फिर भी पूरी पंक्ति सबसे संकरे क्षेत्र का विभेदन करने के लिए पर्याप्त निकट होनी चाहिए। व्यावहारिक मानचित्रण में प्रलेखित ग्रिड या ट्रैवर्स का उपयोग किया जाता है, जिसमें संलयन सीमा और कठोरता संक्रमणों के आर-पार समान आधार धातु की तुलना में कम अंतराल रखा जाता है। सटीक अंतराल चयनित विधि और स्वीकृति-विनिर्देश के अनुसार होना चाहिए; इसे केवल सुविधा के आधार पर निर्धारित नहीं किया जाना चाहिए।

वेल्ड की कठोरता की जाँच प्रायः प्रक्रिया नियंत्रण, हाइड्रोजन-जनित दरार के जोखिम या योग्य वेल्डिंग प्रक्रिया की पुष्टि के लिए की जाती है। यह उद्देश्य इसे तनन परीक्षण नहीं बना देता। स्थानीय HAZ की अधिक कठोरता मार्टेंसाइटिक संरचना और बढ़ी हुई दरार-संवेदनशीलता का संकेत दे सकती है, जबकि कम मान अत्यधिक टेम्परिंग या सामर्थ्य-हानि का संकेत दे सकता है। इनमें से कोई भी परिणाम पूरे वेल्डेड जोड़ की तनन सामर्थ्य स्थापित नहीं करता। जोड़ की सामर्थ्य वेल्ड की ज्यामिति, दोषों, अवशिष्ट तनाव, प्रतिबंध, दृढ़ता और सबसे कमजोर स्थानीय क्षेत्र पर भी निर्भर करती है।

गलत औसत निकाले बिना स्थानीय कठोरता का मानचित्रण

कठोरता का मानचित्रण प्रत्येक रीडिंग को एक ही औसत में समेटने के बजाय उसका स्थान सुरक्षित रखे। किसी संदर्भ सतह या वेल्ड की केंद्र-रेखा से निर्देशांक दर्ज करें, सूक्ष्मसंरचनात्मक क्षेत्र की पहचान करें और व्यक्तिगत मान या प्लॉट की गई गहराई-प्रोफ़ाइल दिखाएँ। औसत किसी संकरे अधिकतम या न्यूनतम मान को छिपा सकता है: नरम आधार धातु में दस रीडिंग भंगुर HAZ में लिए गए दो महत्वपूर्ण मापों पर भारी पड़ सकती हैं। यदि औसत आवश्यक हो, तो उसके साथ परास, मानक विचलन, रीडिंग की संख्या और बहिष्करण नियम भी रिपोर्ट करें।

यही सिद्धांत लेज़र-प्रसंस्कृत ट्रैकों और योज्य-विनिर्मित इस्पात पर भी लागू होता है। मेल्ट-पूल की सीमाएँ, परतों के इंटरफ़ेस, स्कैन का घूर्णन, अपूर्ण-संलयन दोष, रंध्रता और पुनःतप्त पट्टियाँ दिशा-निर्भर कठोरता उत्पन्न कर सकती हैं। सतही ग्रिड अधःसतही पट्टी को छोड़ सकता है; अनुप्रस्थ काट स्कैन-पथ के साथ होने वाले परिवर्तन को नहीं पकड़ सकता। इसलिए जहाँ विषमदिशिकता संभावित हो, वहाँ मापन एक से अधिक दिशाओं में प्रक्रिया की ज्यामिति का अनुसरण करते हुए किए जाने चाहिए।

प्रत्यक्ष रूप से मापी गई कठोरता प्राथमिक परिणाम बनी रहती है। रूपांतरित ब्रिनेल, रॉकवेल या विकर्स मान को रूपांतरित मान के रूप में चिह्नित किया जाना चाहिए और उसे निर्दिष्ट सारणी, सामग्री की अवस्था और परीक्षण-स्थान से जोड़ा जाना चाहिए। 1929 के NIST अध्ययन में पाया गया कि व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए इस्पात की तनन सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता था, और 2023 के एक अध्ययन में कच्ची या सामान्यीकृत अवस्था वाले गैर-मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पातों के लिए सामान्यतः रैखिक ब्रिनेल संबंध पाया गया। ये निष्कर्ष किसी केस, HAZ या योज्य-प्रसंस्कृत सतह को समग्र तनन सामर्थ्य में रूपांतरित करने को मान्य नहीं करते। यहाँ तक कि 2012 के मटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग: A अध्ययन में रिपोर्ट किया गया लगभग संबंध Hᵥ ≈ 3σUTS भी कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक सामग्रियों पर लागू होता है, प्रत्येक इस्पात या सूक्ष्मसंरचना पर नहीं। जब डिज़ाइन, स्वीकृति या विफलता-मूल्यांकन तनन गुणों पर निर्भर हो, तब प्रतिनिधि सामग्री पर तनन परीक्षण करें।

किसी विशिष्ट इस्पात के लिए रूपांतरण कैसे चुनें

कठोरता का रूपांतरण विनिर्देशन में अपेक्षित संख्या से नहीं, बल्कि मापे गए परिणाम से शुरू होना चाहिए। मूल स्केल को ठीक-ठीक दर्ज करें—जैसे 220 HBW, 32 HRC, 410 HV या 72 HRA—और साथ में परीक्षण विधि, इंडेंटर, परीक्षण बल, सतह की तैयारी तथा मापन-स्थान भी लिखें। स्केल के बिना “कठोरता” अधूरी जानकारी है। रूपांतरित मान दूसरा मापन नहीं होता; यह किसी अनुभवजन्य संबंध से प्राप्त एक अनुमान होता है।

ग्रेड, उत्पाद-रूप और अवस्था पहचानें

सबसे पहले उपलब्ध अभिलेखों के अनुसार इस्पात की यथासंभव सटीक पहचान करें। AISI 1045, ASTM A36, AISI 4140, ASTM A240 Type 304 या ASTM A681 W1 जैसे पदनाम किसी पदार्थ-परिवार का वर्णन करते हैं, लेकिन अपने-आप कठोरता-संबंध स्थापित नहीं करते। किसी विनिर्देशन-परास के भीतर रासायनिक संघटन इंडेंटेशन की प्रतिक्रिया को बदल सकता है, और समान नाममात्र ग्रेड वाले दो उत्पादों में कार्बन का वितरण, दाने का आकार, समावेशन या अवशिष्ट चरण अलग-अलग हो सकते हैं।

उत्पाद-रूप दर्ज करें: प्लेट, शीट, बार, तार, ट्यूब, फोर्जिंग, कास्टिंग, वेल्डेड घटक या मशीनित घटक। मोटाई और स्थानीय अनुप्रस्थ काट का आकार महत्वपूर्ण है, क्योंकि इंडेंटेशन को पर्याप्त मात्रा में पदार्थ का सहारा मिलना चाहिए। मोटी 4140 इस्पात फोर्जिंग में बना Brinell इंडेंटेशन, 1 mm मोटी शीट की सतह के निकट बने Vickers इम्प्रेशन की तुलना में अधिक बड़े आयतन का नमूना लेता है। दोनों परिणाम, भले ही कठोरता संख्याओं के रूप में दिए गए हों, एक ही सूक्ष्मसंरचनात्मक क्षेत्र का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकते।

अवस्था भी उतनी ही महत्वपूर्ण है। यह स्पष्ट करें कि पदार्थ एनील्ड, नॉर्मलाइज़्ड, क्वेंच्ड और टेम्पर्ड, अवक्षेपण-उपचारित, ठंडे कार्य से कठोरीकृत, कार्ब्यूराइज़्ड, नाइट्राइडित, इंडक्शन-कठोरीकृत या किसी अन्य प्रकार से सतह-उपचारित है। उदाहरण के लिए, नॉर्मलाइज़्ड AISI 1045 और क्वेंच्ड-एंड-टेम्पर्ड AISI 1045 में फेराइट–पर्लाइट या मार्टेंसिटिक संरचनाएँ अलग हो सकती हैं और इसलिए कठोरता तथा तनन-शक्ति के बीच संबंध भी अलग हो सकते हैं। कार्ब्यूराइज़्ड AISI 8620 घटक की सतह-कठोरता अधिक हो सकती है, जबकि उसका कोर काफी नरम रह सकता है। समरूप इस्पात पर आधारित रूपांतरण उस प्रवणता का विश्वसनीय वर्णन नहीं है।

अभिलेख में यह भी बताया जाना चाहिए कि परीक्षण घिसी हुई, पॉलिश की हुई, डीकार्ब्यूराइज़्ड, ऑक्सीकृत, प्लेटेड या शॉट-पीन की गई सतह पर किया गया था या नहीं। सतही परतें उथले Vickers, Knoop या Rockwell superficial परिणाम पर हावी हो सकती हैं। इसके विपरीत, बड़ा Brinell इम्प्रेशन सतही परत और उसके नीचे के कोर का औसत निकाल सकता है। यदि मापन-स्थान वेल्ड, ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र, किनारे, छेद या मोड़ के निकट है, तो उस स्थान को परिणाम के साथ दर्ज किया जाना चाहिए।

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, में कहा गया है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, दाने की संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। यह चेतावनी केवल सामान्य योग्यता नहीं, बल्कि चयन का नियम है। समरूप कार्बन, मिश्रधातु या टूल इस्पातों के लिए सारणी में दिया गया मान किसी केस-कठोरीकृत परत, द्वैध सूक्ष्मसंरचना या वेल्ड क्षेत्र पर स्वतः लागू नहीं किया जाना चाहिए।

मूल और लक्ष्य स्केल का मिलान करें

इसके बाद निर्धारित करें कि लक्ष्य मान किस बात को व्यक्त करने के लिए है। 32 HRC को लगभग 300 HBW में बदलना एक स्केल-से-स्केल तुलना है। 32 HRC को अनुमानित तनन-शक्ति में बदलना अलग और कम विश्वसनीय प्रक्रिया है। पहले परिणाम को रूपांतरित कठोरता के रूप में दर्ज किया जाना चाहिए; दूसरे को उसके आधार और सीमाओं सहित अनुमानित तनन-शक्ति के रूप में रिपोर्ट करना चाहिए।

रूपांतरण सारणी चुनने से पहले ज्यामिति और पदार्थ की अवस्था के आधार पर परीक्षण स्केल चुनें। ASTM E10 या ISO 6506-1 द्वारा निर्दिष्ट Brinell, पर्याप्त रूप से मोटे और अपेक्षाकृत समरूप इस्पात के लिए अक्सर उपयुक्त होता है, क्योंकि इसका बड़ा इम्प्रेशन स्थानीय भिन्नता का औसत निकालता है। यह संकीर्ण अनुप्रस्थ काट, पतली दीवार, छोटी त्रिज्या या किनारे के निकट स्थित सतह के लिए कम उपयुक्त है। ASTM E18 या ISO 6508-1 के अंतर्गत आने वाले Rockwell स्केल तीव्र परिणाम देते हैं, लेकिन चुना गया स्केल पदार्थ की कठोरता और मोटाई के अनुकूल होना चाहिए। Rockwell C प्रत्येक इस्पात-परीक्षण का सामान्य विकल्प नहीं है; नरम इस्पातों के लिए Rockwell B आवश्यक हो सकता है, जबकि पतले अनुप्रस्थ काट या उथली कठोरित परतों के लिए superficial Rockwell स्केल की आवश्यकता हो सकती है।

ASTM E384 या ISO 6507-1 के अंतर्गत Vickers परीक्षण तब उपयोगी होता है जब उपलब्ध क्षेत्र छोटा हो या केस-गहराई अथवा वेल्ड के आर-पार कठोरता का सर्वेक्षण करना हो। बहुत पतली परतों या संकीर्ण क्षेत्रों के लिए Knoop परीक्षण अधिक उपयुक्त हो सकता है, क्योंकि इसका लंबा इम्प्रेशन स्थानीयकृत मापन की अनुमति देता है। Portable Leeb परीक्षण ऐसे बड़े घटकों के लिए सहायक हो सकता है जिन्हें स्थिर मशीन तक नहीं लाया जा सकता, लेकिन सतह की अवस्था, घटक का द्रव्यमान, वक्रता, सहारा, आघात की दिशा और अंशांकन परिणाम को प्रभावित करते हैं। इसलिए Leeb-से-Rockwell रूपांतरण को अनुमत Leeb उपकरण और पदार्थ-वर्ग से संबद्ध किया जाना चाहिए; इसे प्रत्यक्ष Rockwell परीक्षण के साथ परस्पर विनिमेय नहीं मानना चाहिए।

इंडेंटेशन की यांत्रिकी भी तुलना को सीमित करती है। अलग-अलग स्केल अलग आकार के इंडेंटर और अलग बल लगाते हैं, जिससे अलग-अलग प्लास्टिक क्षेत्र बनते हैं। रूपांतरण केवल उसी सीमा तक काम करता है जिस सीमा तक परीक्षण किया गया इस्पात उन पदार्थों के समान व्यवहार करता है जिनसे वह संबंध स्थापित किया गया था। किसी स्केल की ऊपरी सीमा के निकट का उच्च कठोरता-मान दूसरे स्केल में विश्वसनीय रूप से परिवर्तित नहीं हो सकता, भले ही दोनों रीडिंग तकनीकी रूप से अपनी नाममात्र सीमाओं के भीतर हों।

कठोरता और तनन-शक्ति के बीच संबंध विशेष रूप से शर्ताधीन है। Materials Science and Engineering: A में प्रकाशित 2012 के एक अध्ययन ने कुछ उच्च-शक्ति, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए लगभग $H_V\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ संबंध पहचाना, लेकिन यह भी बताया कि कठोरता-से-शक्ति अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन की आकृति पर निर्भर करते हैं। यह अभिव्यक्ति इस्पात के लिए कोई सार्वभौमिक समीकरण नहीं है। इसी प्रकार, ऐतिहासिक और समकालीन अविमिश्रित संरचनात्मक इस्पातों पर 2023 के एक अध्ययन में कच्ची या नॉर्मलाइज़्ड अवस्था वाले इस्पातों के लिए Brinell कठोरता और तनन-शक्ति के प्राचलों के बीच सामान्यतः रैखिक संबंध पाया गया। यह निष्कर्ष क्वेंच्ड-एंड-टेम्पर्ड 4340, नाइट्राइडित 4140 या मार्टेंसिटिक टूल इस्पात के लिए वही संबंध स्थापित नहीं करता।

मानक का दायरा और परास जाँचें

पदार्थ की पहचान और स्केल का चयन करने के बाद लागू मानक का दायरा और टिप्पणियाँ पढ़ें। ASTM E140-12 निर्दिष्ट धातुओं, जिनमें समरूप कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात शामिल हैं, के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb मानों के बीच अनुमानित संबंध देता है। सारणी में संबंधित पदार्थ-वर्ग और मापी गई कठोरता-परास दोनों शामिल होने चाहिए। केवल इसलिए उसके अंतिम बिंदुओं से आगे बहिर्वेशन न करें कि संख्यात्मक प्रवृत्ति सुचारु दिखाई देती है।

ISO 18265:2013 स्केलों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन-शक्ति के अनुमान के सिद्धांत स्थापित करता है। इसमें कहा गया है कि रूपांतरित मान सीधे तौर पर केवल उसी सटीक पदार्थ पर लागू होते हैं जिसका परीक्षण किया गया है, और तनन-शक्ति के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचाना गया है। इसलिए जब ISO सारणी का संदर्भ दिया जाता है, तो ग्रेड, अवस्था और उत्पाद का इतिहास आवश्यक प्रमाण बन जाते हैं।

प्रकाशित सारणियाँ तब सबसे अधिक बचाव योग्य होती हैं जब इस्पात की रासायनिक संरचना और धातुकर्मीय अवस्था उस जनसमूह के समान हो जिस पर सारणी आधारित है, परीक्षण निर्दिष्ट परास के भीतर पर्याप्त रूप से हो, नमूने की ज्यामिति मूल विधि की आवश्यकताओं को पूरा करती हो और परिणाम का उपयोग तनन-गुणधर्म प्रमाणपत्र के रूप में न किया जा रहा हो। प्रक्रिया-निगरानी या प्रारंभिक तुलना के लिए सारणी-आधारित रूपांतरण पर्याप्त हो सकता है। लेकिन जब कोई अनुबंध, सुरक्षा-मूल्यांकन या डिजाइन-गणना उपज-शक्ति, अंतिम तनन-शक्ति या भंग-प्रदर्शन पर निर्भर करती हो, तब यह अकेले पर्याप्त नहीं है।

महत्वपूर्ण निर्णयों के लिए प्रयोगशाला-आधारित सहसंबंध स्थापित करें। प्रतिनिधि टुकड़ों—या उसी हीट, उत्पाद-रूप, मोटाई और ऊष्मा-उपचार बैच से लिए गए आसन्न नमूनों—का मूल कठोरता-विधि और वांछित लक्ष्य-विधि या तनन-परीक्षण से परीक्षण करें। युग्मित मापों में वास्तविक परिचालन परास शामिल होना चाहिए, दोहराए गए पाठ शामिल होने चाहिए और उनका विश्लेषण एकल फिट की गई रेखा के बजाय पूर्वानुमान सीमाओं के साथ किया जाना चाहिए। SAE की तकनीकी रिपोर्ट कठोरता परीक्षण और कठोरता संख्या रूपांतरण (1967) केंद्रीय बात सीधे स्पष्ट करती है: सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात-संरचना, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संघटन और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं। 1929 के NIST अध्ययन में पाया गया कि व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए इस्पात की तनन-शक्ति का अनुमान अक्सर Brinell कठोरता से लगाया जा सकता था, लेकिन यह परिणाम व्यावहारिक अनुमान का समर्थन करता है, किसी सार्वभौमिक नियम का नहीं।

पहले मूल मापे गए मान की रिपोर्ट करें, उसके बाद रूपांतरित मान, प्रयुक्त सारणी या मॉडल, पदार्थ की अवस्था और कोई अनिश्चितता या योग्यता लिखें। उदाहरण के लिए: “मापा गया 32 HRC; मिश्रधातु इस्पात के लिए ASTM E140-12 का उपयोग करते हुए लगभग 302 HBW, सारणी की परास और पदार्थ-संबंधी सीमाओं के अधीन।” यदि तनन-शक्ति का अनुमान लगाया गया है, तो उसे स्पष्ट रूप से अनुमानित के रूप में चिह्नित करें। जब कोई गुण स्वीकृति या डिजाइन को नियंत्रित करता हो, तो स्वयं तनन-परीक्षण करें।

सत्यापन, अनिश्चितता और स्वीकृति संबंधी निर्णय

कठोरता-रूपांतरण तभी उचित ठहराया जा सकता है जब उसका आधार उस सामग्री के समान हो जिसका मूल्यांकन किया जा रहा है। प्रासंगिक तुलना किसी एकाकी कठोरता संख्या और सारणीबद्ध मान के बीच नहीं, बल्कि समान ग्रेड, ऊष्मा-उपचार, अनुप्रस्थ आकार और विनिर्माण इतिहास वाली सामग्री की मापी गई कठोरता और मापे गए तन्य व्यवहार के बीच होती है। सामान्यीकृत प्लेट से विकसित रूपांतरण को केवल इसलिए स्वतः शमन-और-टेम्परित बार, शीत-कर्मित शीट, कार्ब्यूराइज्ड पुर्जों या वेल्ड-प्रभावित सामग्री पर लागू नहीं किया जाना चाहिए कि नाममात्र रासायनिक ग्रेड समान है।

युग्मित परीक्षण और प्रतिगमन

सत्यापन प्रतिनिधि सामग्री से लिए गए युग्मित नमूनों या युग्मित स्थानों से शुरू होता है। निर्दिष्ट विधि—जैसे Brinell, Rockwell या Vickers—का उपयोग करके कठोरता मापें और उसी हीट, उत्पाद-रूप, अभिविन्यास, मोटाई-सीमा तथा प्रसंस्करण मार्ग से ली गई सामग्री पर लागू तन्य मानक के अनुसार तन्य परीक्षण करें। परीक्षण योजना में सेवा के दौरान महत्वपूर्ण स्थिति को बनाए रखा जाना चाहिए: शमन-और-टेम्परित अवस्था में 42CrMo4 बार का पर्याप्त प्रतिनिधित्व असंबंधित एनील्ड 42CrMo4 द्वारा नहीं होता, और ASTM A36 प्लेट को किसी उच्च-शक्ति वाले सामान्यीकृत संरचनात्मक ग्रेड के साथ केवल इसलिए समूहित नहीं किया जाना चाहिए कि दोनों कार्बन स्टील हैं।

किसी भी संबंध का फिट करने से पहले कठोरता-प्रक्रिया को नियंत्रित किया जाना चाहिए। स्केल, इंडेंटर, परीक्षण बल, होल्ड समय, सतह की तैयारी, परीक्षण-बिंदुओं के बीच दूरी और किनारों या वक्रता से दूरी दर्ज करें। ASTM E140-12, Standard Hardness Conversion Tables for Metals, निर्दिष्ट धातुओं के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb कठोरता मानों के बीच अनुमानित संबंधों को शामिल करता है। इनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल स्टील भी शामिल हैं। ASTM के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, दाना-संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं।” यह कथन सारणी की एक सीमा है, कोई मामूली अतिरिक्त शर्त नहीं।

पूर्वानुमान अंतरालपूर्वानुमान अंतराल किसी व्यक्तिगत भावी परिणाम की अपेक्षित सीमा व्यक्त करने वाला अंतराल, जिसमें प्रतिरूप-अनिश्चितता और सामग्री-से-सामग्री परिवर्तनशीलता दोनों शामिल होते हैं।

इसके बाद प्रतिगमन मापी गई राशियों के बीच संबंध स्थापित कर सकता है। आँकड़ों के आधार पर सीमित परास में एक रैखिक मॉडल उपयुक्त हो सकता है:

$$R_m=a+\mathrm{bH}$$

जहाँ $R_m$ मापी गई तन्य शक्ति है और $H$ निर्दिष्ट स्केल पर मापी गई कठोरता है। एक अरैखिक मॉडल, ग्रेड-विशिष्ट मॉडल या विभिन्न ऊष्मा-उपचारों के लिए अलग-अलग मॉडल आवश्यक हो सकते हैं। मॉडल को युग्मित प्रेक्षणों पर फिट किया जाना चाहिए, न कि किसी रूपांतरण-सारणी से नकल किए गए कठोरता मानों पर। हीटों की संख्या, प्रति हीट नमूनों की संख्या, कठोरता-परास, तन्य-शक्ति परास, गुणांक-आकलन, अवशिष्ट मानक विचलन तथा फिट किए गए माध्य और व्यक्तिगत पूर्वानुमान के लिए विश्वास-अंतरालों की रिपोर्ट करें।

इन अंतरालों के बीच का अंतर महत्वपूर्ण है। पूर्वानुमानित तन्य शक्ति के माध्य के चारों ओर विश्वास-अंतराल अनुमानित औसत संबंध में अनिश्चितता को दर्शाता है। व्यक्तिगत पूर्वानुमान-अंतराल में नमूने-से-नमूने का विचलन भी शामिल होता है, इसलिए वह अधिक चौड़ा होता है। स्वीकृति संबंधी निर्णय किसी अमूर्त माध्य से नहीं, बल्कि व्यक्तिगत सामग्री से संबंधित होते हैं। इसलिए एक संकीर्ण प्रतिगमन रेखा के साथ ऐसा पूर्वानुमान-अंतराल भी हो सकता है जो विनिर्देशन सीमा का समर्थन करने के लिए अत्यधिक चौड़ा हो।

पक्षपात की जाँच विचलन से अलग की जानी चाहिए। यदि रूपांतरित तन्य शक्ति प्रत्यक्ष तन्य परिणामों से लगातार अधिक है, तो रूपांतरण में धनात्मक पक्षपात है और इससे कमजोर सामग्री को गलत ढंग से स्वीकार किया जा सकता है। कठोरता, हीट, अनुप्रस्थ मोटाई, अभिविन्यास और ऊष्मा-उपचार बैच के अनुसार अवशेषों की तुलना करें। अवशेष-आलेख वक्रता, परिवर्तित प्रसरण या किसी एक भट्ठी-लोड से संबद्ध समूह को प्रकट कर सकता है। एकल समग्र सहसंबंध गुणांक इन प्रभावों को उजागर नहीं करेगा।

बाह्य मानों की स्वचालित रूप से हटाने के बजाय जाँच की जानी चाहिए। कोई चरम परिणाम गलत स्थान पर बनाए गए इंडेंटेशन, खराब सतह-तैयारी, तन्य-नमूने के दोष, लिप्यांकन त्रुटि या वास्तविक पृथक्करण और सूक्ष्मसंरचनात्मक भिन्नता के कारण हो सकता है। इसे बाहर करना केवल तब उचित है जब इसका तकनीकी कारण दस्तावेजित हो और, जहाँ संभव हो, पुनरावृत्त परीक्षण किया गया हो। अन्यथा बाह्य मान उस संबंध का हिस्सा है जिसे स्वीकृति-प्रक्रिया को सहन करने में सक्षम होना चाहिए।

ऐतिहासिक साक्ष्य यह स्पष्ट करता है कि सीमित मॉडल क्यों प्रभावी हो सकते हैं। Materials Today: Proceedings में 2023 के एक अध्ययन में कच्ची या सामान्यीकृत अवस्था वाले ऐतिहासिक और समकालीन गैर-मिश्रधातु संरचनात्मक स्टीलों के लिए Brinell कठोरता और तन्य-शक्ति मापदंडों के बीच सामान्यतः एक रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया। यह निष्कर्ष मिश्रधातुयुक्त, शमन-और-टेम्परित, अवक्षेप-कठोरीकृत, कार्ब्यूराइज्ड या अत्यधिक शीत-कर्मित स्टीलों के लिए उसी रेखा को स्थापित नहीं करता। इसी प्रकार, 1929 के NIST अध्ययन ने बताया कि वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए स्टील की तन्य शक्ति का अनुमान अक्सर Brinell कठोरता से लगाया जा सकता है, लेकिन स्क्रीनिंग के लिए उपयोगी अनुमान कोई सार्वभौमिक पदार्थ-नियम नहीं है।

पुनरावर्तनीयता, पुनरुत्पादकता और अनिश्चितता

पुनरावर्तनीयता उस भिन्नता को दर्शाती है जो तब होती है जब वही ऑपरेटर, समान उपकरण और समान विधि का उपयोग करके, निकट नियंत्रण वाली परिस्थितियों में पर्याप्त रूप से समान स्थानों पर परीक्षण करता है। पुनरुत्पादकता अधिक व्यापक अवधारणा है: इसमें ऑपरेटर, उपकरण, प्रयोगशाला, दिन या परीक्षण-व्यवस्था में परिवर्तन भी शामिल होते हैं। इन घटकों को कठोरता-से-शक्ति संबंध में उपस्थित विचलन के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए।

उदाहरण के लिए, पाँच बार किए गए Vickers इंडेंटेशन में बहुत कम भिन्नता दिखाई दे सकती है, जो अच्छी पुनरावर्तनीयता दर्शाती है, जबकि नाममात्र समान नमूनों के प्रत्यक्ष तन्य परिणाम फेराइट-पर्लाइट अंतराल, मार्टेंसाइट टेम्परिंग, बैंडिंग, समावेशन या स्थानीय पृथक्करण के कारण पर्याप्त रूप से भिन्न हो सकते हैं। इसके विपरीत, स्थिर सामग्री में खराब पुनरावर्तनीयता दिखाई दे सकती है क्योंकि सतह खुरदरी है, पुर्जा बहुत पतला है, इंडेंटेशन किनारे के बहुत निकट है, या इंडेंटर अथवा बल-सत्यापन में दोष है। पहली समस्या रूपांतरण मॉडल से संबंधित है; दूसरी मुख्यतः मापन-प्रणाली से संबंधित है।

अनिश्चितता बजट में अंशांकन, उपकरण-विभेदन, ऑपरेटर और प्रयोगशाला प्रभाव, सतह तथा ज्यामिति प्रभाव, नमूनाकरण और अनुभवजन्य संबंध का अवशिष्ट विचलन शामिल होना चाहिए। इसलिए रूपांतरित परिणाम केवल “मापी गई कठोरता ± उपकरण अनिश्चितता” नहीं होता। इसमें स्वयं रूपांतरण से उत्पन्न अनिश्चितता भी शामिल होती है। ISO 18265:2013 स्केलों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तन्य शक्ति के आकलन के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है, साथ ही चेतावनी देता है कि “रूपांतरित मान सीधे केवल ठीक उसी परीक्षण की गई सामग्री पर लागू होते हैं।” यह तन्य-शक्ति अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में भी पहचानता है।

नमूनाकरण अक्सर परिणाम पर हावी रहता है। एक कठोरता इंडेंटेशन छोटी मात्रा का नमूना लेता है, जबकि तन्य नमूना बहुत बड़ी और अलग अभिविन्यास वाली मात्रा का नमूना लेता है। एक सुविधाजनक सतह से लिए गए कई रीडिंग पूरे फोर्जिंग, प्लेट, वेल्डेड संरचना या कॉइल का प्रतिनिधित्व नहीं करते। नमूनाकरण में उन हीटों, स्थानों, मोटाइयों और अभिविन्यासों को शामिल किया जाना चाहिए जिन्हें उत्पादन-प्रक्रिया उत्पन्न कर सकती है। यदि किसी संबंध का सत्यापन केवल केंद्र-रेखा वाली सामग्री पर किया गया है, तो उसे सतह-कठोरीकृत या डीकार्बराइज्ड क्षेत्रों पर चुपचाप लागू नहीं किया जाना चाहिए।

यही सावधानी सरल सूत्रों पर भी लागू होती है। Materials Science and Engineering: A में 2012 के एक अध्ययन ने कुछ उच्च-शक्ति, तन्य धात्विक सामग्रियों के लिए लगभग संबंध $H_v\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ पहचाना। फिर भी कठोरता-से-शक्ति अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान पर निर्भर करता है। इस व्यंजक को सामान्य स्टील-समीकरण मानने से ऐसा सटीक दिखने वाला परिणाम मिल सकता है जिसके साथ कोई बचाव योग्य अनिश्चितता-विवरण न हो।

जब रूपांतरण स्वीकृति के लिए अनुपयुक्त हो

जब विनिर्देशन में तन्य शक्ति आवश्यक हो और रूपांतरण का सत्यापन ठीक उसी उत्पाद और अवस्था के लिए न किया गया हो, तब रूपांतरण अनुपयुक्त है। जब स्वीकृति उपज शक्ति, तन्य शक्ति, दीर्घीकरण, क्षेत्रफल में कमी या किसी संबंधित तन्य गुण पर निर्भर हो, तब लागू सामग्री मानक के अनुसार किया गया प्रत्यक्ष तन्य परीक्षण निर्णायक होना चाहिए। रूपांतरित मान प्रक्रिया-निगरानी, छँटाई या जाँच में सहायक हो सकता है, लेकिन केवल इसलिए स्वीकृति-परीक्षण का स्थान नहीं लेना चाहिए कि कठोरता परीक्षण अधिक तेज है।

विनिर्देशन सीमा के निकट विशेष सावधानी आवश्यक है। मान लें कि किसी सामग्री मानक में न्यूनतम तन्य शक्ति $R_m$ आवश्यक है और कठोरता-सारणी एक देखने में सटीक समतुल्य मान देती है। सारणी उस न्यूनतम आवश्यकता को सटीक कठोरता सीमा में परिवर्तित नहीं करती। राउंडिंग, मॉडल-पक्षपात, पूर्वानुमान-अनिश्चितता और नमूनाकरण-भिन्नता सामग्री को सीमा के एक ओर से दूसरी ओर ले जा सकती है। इसलिए रूपांतरित सीमा से मामूली रूप से अधिक कठोरता मान में प्रत्यक्ष तन्य आवश्यकता में विफल होने की सार्थक संभावना हो सकती है; और उससे मामूली रूप से कम मान विफलता सिद्ध नहीं कर सकता।

लागू मानक यह भी नियंत्रित करता है कि रूपांतरण की अनुमति है या नहीं। ISO 18265:2013 और ASTM E140-12 सिद्धांत या सारणीबद्ध अनुमानित संबंध प्रदान करते हैं, न कि एक परीक्षण को दूसरे से बदलने की सार्वभौमिक अनुमति। SAE की 1967 की तकनीकी रिपोर्ट, Hardness Tests and Hardness Number Conversions, भी इस बात पर बल देती है कि सटीक रूपांतरण विशेष स्टील संघटन, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संघटन और प्रसंस्करण संबंध को प्रभावित करते हैं।

स्वीकृति-प्रक्रियाओं में यह स्पष्ट होना चाहिए कि रिपोर्ट की गई संख्या मापी गई कठोरता, रूपांतरित कठोरता या अनुमानित तन्य शक्ति है। इन लेबलों को एक-दूसरे में विलीन नहीं किया जाना चाहिए। यदि स्क्रीनिंग रूपांतरण संभावित विफलता का संकेत देता है, तो निर्दिष्ट प्रत्यक्ष परीक्षण या अनुमोदित जाँच की जाए। यदि तन्य परिणाम उपलब्ध नहीं हैं, तो रूपांतरण को उसके स्रोत, सामग्री-क्षेत्र, अनिश्चितता और सीमाओं सहित रिपोर्ट करें, न कि उसे गारंटीकृत तन्य गुण के रूप में प्रस्तुत करें।

कठोरता-रूपांतरण सारणियों में सामान्य त्रुटियाँ

कठोरता-रूपांतरण सारणियाँ तभी उपयोगी होती हैं, जब मापा गया मान, पदार्थ, अवस्था और परीक्षण-विधि सारणी के आधार के अंतर्गत आते हों। रूपांतरित परिणाम दूसरा मापन नहीं होता। यह एक अनुभवजन्य संबंध से प्राप्त अनुमान होता है, जिसमें सामान्यतः प्रसरण होता है और जब पदार्थ या परीक्षण की परिस्थितियाँ उस संबंध को स्थापित करने के लिए प्रयुक्त परिस्थितियों से भिन्न हों, तो यह प्रसरण बढ़ जाता है।

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता-रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, सुपरफिशियल रॉकवेल, नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब पैमानों के बीच लगभग संबंध देती है। इसके दायरे में समांगी कार्बन स्टील, मिश्रधातु स्टील और टूल स्टील शामिल हैं, लेकिन सारणियाँ इन वर्गों के बीच के अंतर को समाप्त नहीं करतीं। ASTM के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, दानेदार संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। ISO 18265:2013 भी यही व्यावहारिक बिंदु प्रस्तुत करता है: रूपांतरित मान सीधे केवल परीक्षण किए गए उसी पदार्थ पर लागू होते हैं, जबकि तनन-सामर्थ्य के अनुमान रूपांतरण का सबसे कम विश्वसनीय प्रकार होते हैं (ISO, 2013)।

समतुल्य संख्याओं को परस्पर विनिमेय मानना

सारणी में दिया गया 40 HRC ≈ 375 HBW जैसा प्रविष्टि-मान यह नहीं दर्शाता कि 40 HRC का पठन और 375 HBW का पठन परस्पर विनिमेय तथ्य हैं। पहला हीरक शंकु, निर्दिष्ट अल्प भार और निर्दिष्ट मुख्य भार से प्राप्त रॉकवेल C परिणाम है। दूसरा कार्बाइड बॉल, परिभाषित बल और इंडेंटेशन व्यास से संबंधित ब्रिनेल मान है। ये संबंधित अनुमान हैं, एक ही अवलोकन की दो प्रतियाँ नहीं।

निरीक्षण अभिलेखों में यह अंतर महत्वपूर्ण है। यदि किसी ड्रॉइंग में 35–40 HRC की आवश्यकता दी गई है, तो उस अंतराल में रूपांतरित किया गया ब्रिनेल परिणाम प्रारंभिक छंटाई में सहायक हो सकता है, लेकिन यह आवश्यक नहीं कि रॉकवेल C परीक्षण के लिए लिखी गई आवश्यकता को पूरा करे। रूपांतरण इंडेंटेशन की गहराई, स्थानीय सूक्ष्मसंरचना, सतह की अवस्था या परीक्षण-प्रसरण के कारण उत्पन्न अंतर को छिपा सकता है। जब निर्दिष्ट स्वीकृति-विधि रॉकवेल C हो, तो प्रत्यक्ष HRC मापन ही उपयुक्त प्रमाण है।

इसकी विपरीत त्रुटि भी सामान्य है: उपयोगकर्ता सारणी-सीमा के बाहर HRC को HBW में रूपांतरित करता है और बहिर्वेशन से प्राप्त संख्या को ऐसे प्रस्तुत करता है, मानो वह सारणी में दी गई हो। उदाहरण के लिए, 20 और 50 HRC के बीच कैलिब्रेट किए गए संबंध को बिना पर्याप्त आधार के 62 HRC वाले टूल-स्टील की सतह तक विस्तारित नहीं किया जाना चाहिए। उच्च कठोरता पर इंडेंटेशन की यांत्रिकी और कार्बाइड की मात्रा संबंध को तीव्र रूप से बदल सकती है। सारणी के अंतिम बिंदु पदार्थ में सटीक सीमाएँ नहीं होते; वे प्रकाशित आँकड़ों या अनुशंसित सहसंबंध की सीमाएँ होते हैं। अंतिम बिंदु से ठीक आगे का मान अपने-आप अमान्य नहीं होता, लेकिन उस सारणी से समर्थित नहीं होता और वास्तविक कठोरता-सीमा के अनुकूल विधि की आवश्यकता होती है।

मूल मापन स्पष्ट रूप से दर्ज रहना चाहिए। “420 HBW को 44 HRC में रूपांतरित किया गया” लिखना केवल “44 HRC” लिखने से कहीं बेहतर है, क्योंकि इससे पाठक को पता चलता है कि कोई रॉकवेल परीक्षण नहीं किया गया था। एक सुव्यवस्थित अभिलेख में मापी गई स्केल, रूपांतरित स्केल, परीक्षण मानक, स्थान और पदार्थ या ऊष्मा-उपचार की अवस्था शामिल होनी चाहिए।

स्केल, इकाइयों और इंडेंटर की परिस्थितियों को मिलाना

कठोरता-निर्देशनों में परीक्षण संबंधी जानकारी शामिल होती है। HRC, HRB और सुपरफिशियल रॉकवेल स्केल एक ही रॉकवेल संख्या के परस्पर विनिमेय रूप नहीं हैं। HRC में हीरक इंडेंटर और 150 kgf का मुख्य भार प्रयुक्त होता है; HRB में सामान्यतः बॉल इंडेंटर और 100 kgf का मुख्य भार प्रयुक्त होता है। सुपरफिशियल रॉकवेल स्केल कम बलों का उपयोग करते हैं और उनके अपने निर्देशांक होते हैं, जैसे 30N या 30T। प्रत्यय छोड़ देने से पता लगाने योग्य परिणाम अस्पष्ट हो सकता है।

यही चेतावनी ब्रिनेल संकेत-लेखन पर भी लागू होती है। HBW टंग्स्टन-कार्बाइड बॉल को दर्शाता है, जबकि पुराने अभिलेखों में HB या HBS जैसी परंपराएँ प्रयुक्त हो सकती हैं, जो इंडेंटर के बारे में वही जानकारी प्रदान नहीं करतीं। ब्रिनेल परिणाम बॉल के व्यास, परीक्षण-बल, धारण-समय तथा बल और इंडेंटेशन-व्यास के अनुपात पर भी निर्भर करता है। “HB” के रूप में लिखे गए दो मान समतुल्य परिस्थितियों में उत्पन्न हुए हों, यह आवश्यक नहीं है।

विकर्स कठोरता, जिसे सामान्यतः परीक्षण-बल सहित HV के रूप में लिखा जाता है, त्रुटि का एक अन्य सामान्य स्रोत है। HV कठोरता संख्या है, तनन-सामर्थ्य का मान नहीं। “650 HV स्टील की तनन-सामर्थ्य 650 MPa है” जैसा कथन असंबंधित राशियों को मिला देता है और इसमें बड़ी मात्रा में त्रुटि हो सकती है। कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए अनुसंधान ने $H_V\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ का लगभग संबंध पहचाना है, लेकिन उसी अध्ययन में बताया गया है कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान पर निर्भर करते हैं (Materials Science and Engineering: A, 2012)। इसलिए यह अभिव्यक्ति सीमित दायरे वाला अनुभवजन्य अनुमान है, रूपांतरण का सार्वभौमिक नियम नहीं।

इकाइयाँ एक अन्य जाल उत्पन्न करती हैं। ब्रिनेल कठोरता प्रतिबल का मान नहीं है, यद्यपि इसकी संख्यात्मक परिभाषा में बल और क्षेत्रफल शामिल होते हैं। तनन-सामर्थ्य को MPa या ksi में व्यक्त किया जा सकता है, जबकि कठोरता स्केल आयामरहित परीक्षण संख्याएँ होती हैं, जिनका अर्थ स्केल-विशिष्ट होता है। HBW से तनन-सामर्थ्य का अनुमान देने वाली सारणी को अनुमान के रूप में पहचाना जाना चाहिए और उसके स्रोत तथा पदार्थ-सीमा का उल्लेख होना चाहिए।

ज्यामिति अन्यथा उपयुक्त स्केल को अमान्य कर सकती है। यदि इंडेंटेशन बहुत गहरा हो या आधार अपर्याप्त हो, तो पतली शीट गलत रूप से अधिक या कम परिणाम दिखा सकती है। छोटे पुर्जे, वक्र सतह, संकीर्ण किनारे या स्थानीय रूप से कठोर की गई परत में इच्छित इंडेंट के लिए पर्याप्त पदार्थ नहीं हो सकता। SAE की रिपोर्ट कठोरता परीक्षण और कठोरता संख्या रूपांतरण (1967) में कहा गया है कि सटीक रूपांतरण विशेष स्टील संरचना, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं।

ग्रेड या ऊष्मा-उपचार के बीच बहिर्वेशन करना

सबसे खतरनाक त्रुटि अंकगणितीय नहीं होती। यह बिना जाँच के पदार्थ-प्रतिस्थापन है: एक स्टील के लिए स्थापित संबंध को दूसरे स्टील पर केवल इसलिए लागू करना कि दोनों को “स्टील” कहा जाता है।

कार्बन-स्टील का सहसंबंध सामान्यीकृत अवस्था वाले साधारण-कार्बन ग्रेड के लिए उचित रूप से काम कर सकता है, लेकिन उच्च-मिश्रधातु टूल स्टील, अवक्षेप-कठोरीकरण स्टेनलेस स्टील या कार्ब्यूराइज़ किए गए निम्न-कार्बन स्टील के लिए विफल हो सकता है। AISI 1045, AISI D2, AISI H13, AISI 304 और AISI 17-4 PH में कठोरता-से-सामर्थ्य का एक ही संबंध नहीं होता। उनकी मिश्रधातु-सामग्री, कार्बाइड या अवक्षेप की मात्रा, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट, दाने का आकार और विरूपण-प्रतिक्रिया इंडेंटेशन तथा तनन व्यवहार दोनों को बदलते हैं।

एक ही ग्रेड के भीतर भी ऊष्मा-उपचार निर्णायक हो सकता है। शमन-और-टेम्पर किया गया AISI 4140, एनील किया गया AISI 4140 और प्रेरण-कठोरीकृत AISI 4140 किसी एक स्थान पर समान नाममात्र थोक-कठोरता दे सकते हैं, जबकि सामर्थ्य-वितरण, अवशिष्ट प्रतिबल और विफलता-व्यवहार में भिन्न हो सकते हैं। सतह-कठोरीकरण को नज़रअंदाज़ करना विशेष रूप से आसान है। कार्ब्यूराइज़िंग, नाइट्राइडिंग, प्रेरण-कठोरीकरण और लेज़र-कठोरीकरण से नरम कोर के ऊपर कठोर परत बन सकती है। उथला रॉकवेल या विकर्स इंडेंट परत को माप सकता है; बड़ा ब्रिनेल इंडेंट कोर को भी शामिल कर सकता है। गहराई और स्थान दर्ज किए बिना किसी भी परिणाम का रूपांतरण करने से झूठी तुलना उत्पन्न होती है।

ऐतिहासिक और समकालीन अमिश्रित संरचनात्मक स्टील पर किए गए अनुसंधान में कच्ची या सामान्यीकृत अवस्था वाले स्टील के लिए ब्रिनेल कठोरता और तनन-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया (Materials Today: Proceedings, 2023)। यह निष्कर्ष किसी परिभाषित स्टील-समूह के भीतर नियंत्रित उपयोग का समर्थन करता है; यह उस रेखा को कठोर किए गए टूल स्टील या स्टेनलेस स्टील पर लागू करने का औचित्य नहीं देता। 1929 के NIST अध्ययन में भी बताया गया कि व्यावसायिक प्रयोजनों के लिए स्टील की तनन-सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है, लेकिन इस संबंध को सार्वभौमिक के बजाय अनुभवजन्य माना गया (NIST, 1929)।

जब तनन गुण डिज़ाइन, वेल्ड योग्यता, फ्रैक्चर आकलन या स्वीकृति को प्रभावित करते हों, तो प्रत्यक्ष तनन-परीक्षण या ग्रेड-और-अवस्था-विशिष्ट, मान्य सहसंबंध आवश्यक होता है। सारणी को निर्णय में विवेक का मार्गदर्शन करना चाहिए, न कि उस परीक्षण का स्थान लेना चाहिए जिस पर निर्णय वास्तव में निर्भर करता है।

कठोरता और परिवर्तित गुणधर्मों की सही रिपोर्टिंग

कठोरता के आँकड़ों में किसी भी रूपांतरण को दिखाने से पहले यह स्पष्ट होना चाहिए कि वास्तव में क्या मापा गया था। पैमाने, विधि और परीक्षण-स्थितियों के बिना कठोरता का कोई भी मान अधूरा होता है: “कठोरता 42” का अर्थ 42 HRC, 42 HRB, 42 HV या 42 HBW हो सकता है, और ये मान समान पदार्थीय प्रतिक्रिया का वर्णन नहीं करते। रिपोर्ट में यह भी स्पष्ट होना चाहिए कि मान इंडेंटेशन परीक्षण से प्राप्त हुआ था, प्रकाशित रूपांतरण सारणी से लिया गया था, या अनुभवजन्य सामर्थ्य-संबंध के आधार पर अनुमानित किया गया था।

पहले मूल परीक्षण-परिणाम दर्ज करें

रिपोर्ट में पहला मान अपने मूल पैमाने और पदनाम में मापा गया परिणाम होना चाहिए। उदाहरण के लिए:

> मापी गई कठोरता: 58 HRC, ASTM E18, AISI 4140 स्टील, 540 °C पर क्वेंचिंग और टेम्परिंग के बाद; परीक्षण-स्थान: मशीनीकृत सतह से 10 mm नीचे, मध्य-त्रिज्या पर; सतह ग्राउंड; 150 kgf प्रमुख भार वाला कैलिब्रेटेड Rockwell परीक्षक।

यह कथन Rockwell परीक्षण से प्राप्त परिणाम की पहचान करता है। इसमें परिणाम को चुपचाप Brinell या Vickers मान से प्रतिस्थापित नहीं किया गया है। यदि कई इंडेंट बनाए गए हों, तो अलग-अलग रीडिंग या उनका माध्य और परास दर्ज करें, जैसे 58, 59, 58 HRC; माध्य 58.3 HRC, परास 1 HRC। जब पदार्थ में ग्रेडिएंट, मोटी माइक्रोस्ट्रक्चर, डीकार्ब्यूराइजेशन या स्थानीयकृत ऊष्मा-उपचार हो, तब इंडेंट की संख्या और उनके बीच की दूरी महत्त्वपूर्ण हो सकती है।

जहाँ संभव हो, रिपोर्ट में लागू पदार्थ-मानक के अनुसार स्टील ग्रेड को ठीक उसी प्रकार दर्ज किया जाना चाहिए। SAE J404 Grade 4140 की तुलना में “4140” कम सटीक है, और जब पदार्थ UNS S30400, AISI 304 या किसी अन्य निर्दिष्ट पदनाम का हो, तब “स्टेनलेस स्टील” पर्याप्त ग्रेड-विवरण नहीं है। ऊष्मा-उपचार की स्थिति दर्ज करें: एनील्ड, नॉर्मलाइज़्ड, क्वेंच्ड और टेम्पर्ड, कार्ब्यूराइज़्ड, नाइट्राइडेड या प्राप्त-अवस्था में। नाइट्राइडेड केस से प्राप्त कठोरता-रीडिंग कोर से प्राप्त रीडिंग के समतुल्य नहीं मानी जा सकती।

ज्यामिति को भी अभिलेख में शामिल किया जाना चाहिए, क्योंकि पतले सेक्शन, छोटे पुर्जे, वक्रित सतहें और कम-द्रव्यमान वाले नमूने इंडेंटेशन परिणामों को विकृत कर सकते हैं। मोटाई, व्यास, किनारे से दूरी और यह दर्ज करें कि परीक्षण सपाट या वक्रित सतह पर किया गया था। सतह की तैयारी भी महत्त्वपूर्ण है। मशीनीकरण, ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग, कोटिंग हटाने तथा किसी दिखाई देने वाली स्केल या डीकार्ब्यूराइज़्ड परत की जानकारी दें। Rockwell, Brinell, Vickers, Knoop या Leeb परिणाम में उपकरण या कम-से-कम परीक्षण-विधि, भार, इंडेंटर और संबंधित मानक का उल्लेख होना चाहिए।

मानक और रूपांतरण का आधार बताएं

परिवर्तित मान को मूल माप के बाद दिया जाना चाहिए; वह मूल माप का स्थान नहीं ले सकता। उदाहरण के लिए:

> मापा गया: 58 HRC, ASTM E18. परिवर्तित: ASTM E140-12, सारणी [लागू सारणी] के अंतर्गत निर्दिष्ट स्टील-सीमा के लिए लगभग Rockwell-समतुल्य 615 HV; रूपांतरण अनुमानित है और यह अलग से किया गया Vickers मापन नहीं है।

जहाँ स्रोत कोई सारणी-संख्या या समीकरण देता हो, उसे दर्ज किया जाना चाहिए। यदि परिणाम सॉफ़्टवेयर द्वारा दिया गया हो, तो सॉफ़्टवेयर, डेटाबेस, संशोधन-संस्करण और चुनी गई पदार्थ-श्रेणी की पहचान करें। “615 HV में परिवर्तित” पर्याप्त नहीं है, क्योंकि अलग-अलग सारणियाँ अलग परिणाम दे सकती हैं, विशेषकर अपनी निर्धारित सीमाओं के सिरों के निकट।

ASTM E140-12, Standard Hardness Conversion Tables for Metals, निर्दिष्ट धातुओं, जिनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल स्टील शामिल हैं, के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb पैमानों के बीच अनुमानित संबंध प्रदान करता है। ASTM के अनुसार, “रूपांतरण मिश्रधातु, ग्रेन संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। यह सीमा परिणाम का अभिन्न हिस्सा है। प्रस्तुति की सुविधा के लिए इसे हटाने के बजाय ड्रॉइंग, निरीक्षण अभिलेखों और प्रमाणपत्रों में बनाए रखना चाहिए।

ISO 18265:2013 पैमानों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत स्थापित करता है। इसकी चेतावनी अनेक संक्षिप्त रूपांतरण चार्टों की तुलना में अधिक कड़ी है: परिवर्तित मान सीधे केवल ठीक उसी परीक्षण किए गए पदार्थ पर लागू होते हैं, और तनन-सामर्थ्य के अनुमान सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरण होते हैं (International Organization for Standardization, 2013)। इसलिए रिपोर्ट में रूपांतरण का आधार स्पष्ट रूप से दर्ज किया जाना चाहिए:

> आधार: ISO 18265:2013, स्टील रूपांतरण सारणी, अनुमानित मान; प्रयोज्यता परीक्षण किए गए ग्रेड और स्थिति तक सीमित।

ASTM E140 और ISO 18265 प्रत्येक पैमाना-संयोजन को परिवर्तित करने की अनुमति नहीं देते। उनकी सारणियों में पदार्थ-श्रेणियाँ, परास और परीक्षण-विधि संबंधी सीमाएँ होती हैं। इन सीमाओं के बाहर किए गए रूपांतरण को असमर्थित के रूप में चिह्नित करना चाहिए या छोड़ देना चाहिए।

मापे गए, परिवर्तित और अनुमानित मानों को अलग-अलग रखें

तीन अलग-अलग प्रकार की सूचनाओं के लिए अलग-अलग लेबल का उपयोग करें:

> मापी गई कठोरता: 225 HBW 10/3000, ASTM E10. > परिवर्तित कठोरता: लगभग 22 HRC, ISO 18265:2013, लागू स्टील सारणी। > अनुमानित तनन सामर्थ्य: लगभग 760 MPa, अनुभवजन्य कठोरता–सामर्थ्य संबंध; तनन परीक्षण द्वारा मापा गया नहीं।

जब तक तनन परीक्षण से यह मान प्राप्त न हुआ हो, तीसरे मान को कभी भी तनन सामर्थ्य: 760 MPa के रूप में प्रस्तुत नहीं करना चाहिए। ISO 18265 तनन-सामर्थ्य के अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में पहचानता है। 1929 में प्रकाशित अनुभवजन्य Rockwell–Brinell संबंधों पर NIST के अध्ययन में पाया गया कि वाणिज्यिक प्रयोजनों के लिए स्टील की तनन सामर्थ्य का अनुमान अक्सर Brinell कठोरता से लगाया जा सकता है, लेकिन यह निष्कर्ष किसी सार्वभौमिक नियम का नहीं, बल्कि अनुभवजन्य सुविधा का वर्णन करता है। जब किसी डिज़ाइन-गणना, पदार्थ-प्रमाणीकरण, विफलता-जाँच या स्वीकृति-निर्णय में यील्ड सामर्थ्य, अंतिम तनन सामर्थ्य, दीर्घीकरण या क्षेत्रफल में कमी पर निर्भरता हो, तब प्रत्यक्ष तनन परीक्षण आवश्यक रहता है।

कुछ संबंध केवल किसी निर्दिष्ट पदार्थ-वर्ग के भीतर ही उपयोगी होते हैं। Materials Science and Engineering: A में 2012 के एक अध्ययन ने कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक पदार्थों के लिए लगभग Hᵥ ≈ 3σUTS संबंध की पहचान की। यह अनुपात पदार्थ-वर्ग, माइक्रोस्ट्रक्चर और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान के साथ बदलता है; इसे फेरिटिक-पर्लिटिक ASTM A36, क्वेंच्ड और टेम्पर्ड SAE J404 Grade 4140, मार्टेंसिटिक स्टेनलेस स्टील या नाइट्राइडेड सतह पर स्वतः लागू नहीं करना चाहिए। ऐतिहासिक और समकालीन अनमिश्रित संरचनात्मक स्टीलों पर 2023 के एक अध्ययन में कच्ची या नॉर्मलाइज़्ड अवस्था वाले पदार्थों में Brinell कठोरता और तनन-सामर्थ्य के मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया। यह परिणाम क्वेंच्ड और टेम्पर्ड, कोल्ड-वर्क्ड, कार्ब्यूराइज़्ड या प्रीसिपिटेशन-हार्डन्ड स्टील के लिए उसी रेखा को स्थापित नहीं करता।

इसलिए एक पूर्ण प्रविष्टि इस प्रकार हो सकती है:

> पदार्थ: SAE J404 Grade 4140, 540 °C पर क्वेंच्ड और टेम्पर्ड; 40 mm बार, मध्य-त्रिज्या पर परीक्षण; ग्राउंड सतह। मापा गया: 31 HRC, ASTM E18, कैलिब्रेटेड Rockwell परीक्षक। परिवर्तित: लगभग 295 HBW, ASTM E140-12, लागू मिश्रधातु-स्टील सारणी; केवल अनुमानित। अनुमानित तनन सामर्थ्य: [नामित समीकरण या सारणी] से लगभग [मान] MPa; केवल अनुमान, तनन-परीक्षण का परिणाम नहीं।

यह प्रारूप प्रमाण, मान्यताओं और रूपांतरण की सीमाओं को सुरक्षित रखता है। इससे बाद में समीक्षा करने वाला व्यक्ति यह तय कर सकता है कि प्रत्यक्ष परीक्षण आवश्यक है या नहीं, और किसी सुविधाजनक समतुल्य मान को नए मापन के रूप में समझने की भूल नहीं करता।

झूठी सटीकता के बिना व्यावहारिक धातुकर्मीय तुलनाएँ

जब किसी संख्या को इस्पात की किसी विशिष्ट अवस्था में किए गए विशिष्ट परीक्षण के परिणाम के बजाय किसी पदार्थ की पहचान के रूप में देखा जाता है, तब कठोरता-रूपांतरण भ्रामक हो जाता है। सामान्यीकृत इस्पात के नियंत्रित समूह में, समरूप और दोषरहित खंड पर मापा गया Brinell मान तनन सामर्थ्य के साथ उचित सहसंबंध दिखा सकता है। लेकिन शमन-और-टेम्परिंग किए गए ग्रेड या कार्ब्यूराइज्ड घटक की केस परत से प्राप्त वही संख्यात्मक कठोरता समान अर्थ नहीं रखती।

ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता-रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं के लिए Brinell, Vickers, Rockwell, superficial Rockwell, Knoop, Scleroscope और Leeb स्केलों के बीच अनुमानित संबंध प्रदान करता है। इनमें समरूप कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात भी शामिल हैं। ASTM सीधे कहता है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, दाने की संरचना और ऊष्मा-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। नीचे दी गई प्रत्येक तुलना इसी सीमा के अधीन है।

सामान्यीकृत गैर-मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पात

सामान्यीकृत गैर-मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पात वह स्थिति है जिसमें Brinell–सामर्थ्य संबंध अपेक्षाकृत सुसंगत हो सकता है। ASTM A36 जैसे ग्रेड या EN 10025-2 के S275JR जैसे ग्रेड पर विचार करें, बशर्ते पदार्थ वास्तव में सामान्यीकृत या समतुल्य सूक्ष्म-दानेदार अवस्था में हो और परीक्षण किया गया खंड पर्याप्त रूप से समरूप हो। सामान्यीकरण में क्रांतिक सीमा से ऊपर गर्म करके और वायु में ठंडा करके फेराइट–पर्लाइट संरचना को अधिक सूक्ष्म और नियमित बनाया जाता है। इससे इस्पात की प्रत्येक हीट समान नहीं हो जाती, लेकिन अवस्था में होने वाले कुछ ऐसे अंतर कम हो जाते हैं जो कठोरता की व्याख्या को जटिल बनाते हैं।

इस वर्ग के लिए Brinell कठोरता, गेंद के दाब-चिह्न के माध्यम से अपेक्षाकृत बड़े आयतन का नमूना लेती है। इसलिए इसका परिणाम फेराइट, पर्लाइट, समावेशन और स्थानीय उतार-चढ़ाव का औसत, अत्यंत छोटे माइक्रोकठोरता दाब-चिह्न की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से प्रस्तुत करता है। यदि कार्बन की मात्रा, मैंगनीज की मात्रा, दाने का आकार, मोटाई और प्रसंस्करण इतिहास सीमित सीमा वाले समान पदार्थ-समूह में रहें, तो बढ़ती Brinell कठोरता के साथ उपज और तनन सामर्थ्य में सामान्यतः वृद्धि होगी। Materials Today: Proceedings में 2023 के एक अध्ययन में कच्ची या सामान्यीकृत अवस्था वाले ऐतिहासिक और समकालीन गैर-मिश्रधातु संरचनात्मक इस्पातों के लिए Brinell कठोरता और तनन-सामर्थ्य मापदंडों के बीच सामान्यतः रैखिक अनुभवजन्य संबंध पाया गया (Materials Today: Proceedings, 2023)।

“सामान्यतः रैखिक” का अर्थ यह नहीं है कि एकल दाब-चिह्न से तनन सामर्थ्य का सुनिश्चित मान निकाला जा सकता है। यह किसी पदार्थ-समूह के लिए फिट किए गए संबंध का वर्णन करता है। S275JR या ASTM A36 के भीतर भी प्लेट की मोटाई, डीऑक्सीडेशन की विधि, फॉस्फोरस और सल्फर की मात्रा, रोलिंग इतिहास तथा स्थानीय पृथक्करण में अंतर परिणाम को बदल सकते हैं। वेल्ड के ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र से लिया गया कठोरता मान मूल प्लेट से लिए गए मान के साथ परस्पर विनिमेय नहीं है।

अनुभवजन्य Rockwell–Brinell संबंधों पर किए गए पुराने NIST अध्ययन ने एक व्यावहारिक निष्कर्ष दिया था, जो आज भी उपयोगी है: व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए इस्पात का तनन सामर्थ्य अक्सर Brinell कठोरता से अनुमानित किया जा सकता है, लेकिन यह अनुमान अनुभवजन्य है, सार्वभौमिक नियम नहीं (NIST, 1929)। इसलिए, जब इस्पात का समूह और उसकी अवस्था सारणी से मेल खाते हों, तब रूपांतरण सारणी पदार्थ की एकरूपता की प्रारंभिक जाँच या प्रक्रिया-नियंत्रण में सहायता कर सकती है। लेकिन जब निर्दिष्ट उपज सामर्थ्य, तनन सामर्थ्य, दीर्घीकरण या स्वीकृति-मापदंड महत्वपूर्ण हो, तब यह तनन परीक्षण का विकल्प नहीं बन सकती।

शमन-और-टेम्परिंग किया गया मिश्रधातु इस्पात

शमन-और-टेम्परिंग किया गया मिश्रधातु इस्पात व्यापक कठोरता-रूपांतरण की कमियों को अधिक स्पष्ट रूप से सामने लाता है। SAE 4140 और EN 10083-3 42CrMo4 दोनों को क्रोमियम-मोलिब्डेनम इस्पात कहा जा सकता है, फिर भी उनका कठोरता–सामर्थ्य संबंध ऑस्टेनिटाइजिंग की विधि, शमन की तीव्रता, टेम्परिंग तापमान, धारण-समय और खंड के आकार पर बहुत अधिक निर्भर करता है। एक ही नाममात्र ग्रेड में शमन की गई सतह के पास टेम्पर्ड मार्टेंसाइट, मध्यवर्ती स्थान पर मिश्रित बैनाइट और मार्टेंसाइट, तथा बड़े बार के केंद्र की ओर धीमे ठंडा होने के कारण अधिक नरम रूपांतरण संरचना हो सकती है।

टेम्परिंग की अवस्था महत्वपूर्ण है, क्योंकि पूरे टेम्परिंग परास में कठोरता और तनन व्यवहार बिल्कुल समान अनुपात में नहीं बदलते। निम्न-तापमान पर टेम्पर किया गया मार्टेंसाइट सीमित दृढ़ता के साथ उच्च कठोरता बनाए रख सकता है; उच्च तापमान पर टेम्परिंग कठोरता घटाती है, लेकिन नमनीयता बढ़ाती है और अवशिष्ट तनाव कम करती है। द्वितीयक कठोरीकरण अभिक्रियाएँ, कार्बाइड का अवक्षेपण, अवशिष्ट ऑस्टेनाइट और टेम्पर भंगुरता सरल एक-संख्या संबंध को और बाधित कर सकते हैं। समरूप परीक्षण-टुकड़े के लिए HRC से HB में रूपांतरण स्केल के अनुमान के रूप में स्वीकार्य हो सकता है, जबकि उस परिवर्तित HB पर आधारित अनुमानित तनन सामर्थ्य में काफी अधिक अनिश्चितता हो सकती है।

खंड का आकार भी उतना ही महत्वपूर्ण है। छोटा 42CrMo4 नमूना अपने पूरे खंड में कठोर हो सकता है, जबकि उसी अभिधान वाला बड़ा फोर्ज किया हुआ शाफ्ट कठोरता-प्रवणता विकसित कर सकता है, क्योंकि उसका केंद्र अधिक धीमी गति से ठंडा होता है। सतह का परीक्षण करके उस परिणाम को पूरे अनुप्रस्थ-खंड पर लागू करने से केंद्र की सामर्थ्य का अधिक आकलन हो सकता है। SAE की तकनीकी रिपोर्ट कठोरता परीक्षण और कठोरता-संख्या रूपांतरण में कहा गया है कि सटीक रूपांतरण विशिष्ट इस्पात संरचना, ऊष्मा-उपचार और पुर्जे के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संरचना और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं (SAE International, 1967)।

2012 के Materials Science and Engineering: A अध्ययन में कुछ उच्च-सामर्थ्य, नमनीय धात्विक पदार्थों के लिए रिपोर्ट किया गया अनुमानित संबंध Hᵥ ≈ 3σUTS इस बात के खतरे को दर्शाता है कि किसी उपयोगी सहसंबंध को उसके मूल पदार्थ-वर्ग से बाहर लागू किया जाए। अध्ययन यह भी बताता है कि कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपात पदार्थ-वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और दाब-चिह्न की आकृति पर निर्भर करते हैं (Materials Science and Engineering: A, 2012)। इसे प्रत्येक 4140 अवस्था पर सामान्य नियम के रूप में लागू नहीं किया जाना चाहिए, और विशेष रूप से ऐसी रूपांतरण-श्रृंखला पर नहीं जिसमें कई कठोरता स्केल शामिल हों।

नरम केंद्र वाला सतह-कठोरित इस्पात

कार्ब्यूराइज्ड इस्पात का घटक तनन सामर्थ्य के स्थान पर कठोरता का उपयोग करना विशेष रूप से असुरक्षित बना देता है। कार्ब्यूराइजिंग, शमन और टेम्परिंग के बाद SAE 8620 या EN 10084 20MnCr5 पर विचार करें। कार्बन-संवर्धन से कठोर मार्टेंसाइटिक केस बनती है, जबकि कम-कार्बन वाला केंद्र अधिक दृढ़ और काफी नरम बना रहता है। इसलिए पूरे यांत्रिक व्यवहार को दर्शाने वाली कोई एकल कठोरता इस पुर्जे में मौजूद नहीं होती।

केस पर किया गया Rockwell C मापन उथले सतही क्षेत्र के प्रतिरोध को दर्शाता है। इससे केंद्र की उपज सामर्थ्य, केंद्र का तनन सामर्थ्य, दीर्घीकरण या भंग-व्यवहार के बारे में बहुत कम जानकारी मिलती है। यदि केस दाब-चिह्न की गहराई की तुलना में पतली हो या परीक्षण भार संक्रमण क्षेत्र तक पहुँच जाए, तो नरम आधार-पदार्थ के कारण मापा गया मान कम हो सकता है। Superficial Rockwell या Vickers परीक्षण केस को अधिक अच्छी तरह अलग करके माप सकता है, लेकिन वह भी केवल परीक्षण की गई परत का लक्षण-निर्धारण करता है, पूरे पदार्थ का नहीं। माइक्रोकठोरता प्रोफाइल सतह से केंद्र तक कठोरता का मानचित्र बना सकती हैं; लेकिन वे अकेले तनन प्रतिबल–विकृति वक्र स्थापित नहीं कर सकतीं।

यह अंतर नमूना-ग्रहण को भी प्रभावित करता है। Brinell परीक्षण से पहले केस को घिसकर हटाने पर केंद्र की कठोरता का अर्थपूर्ण मान प्राप्त हो सकता है, लेकिन उस परिणाम को केंद्र का मापन बताकर रिपोर्ट करना होगा। केस को यथास्थान रखते हुए सतह का मापन करने पर केस का परिणाम प्राप्त होता है। किसी भी मान को “पुर्जे की कठोरता” कहना संपत्ति की प्रवणता को छिपा देता है।

ISO 18265:2013 स्केलों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है, लेकिन यह कहता है कि परिवर्तित मान सीधे केवल उसी सटीक पदार्थ पर लागू होते हैं जिसका परीक्षण किया गया हो। यह तनन-सामर्थ्य अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरणों के रूप में भी पहचानता है (ISO, 2013)। कार्ब्यूराइज्ड SAE 8620 का दाँत उस समरूप पदार्थ के समान नहीं है जिसे कार्बन-इस्पात की रूपांतरण सारणी दर्शाती है। इसलिए ASTM E140-12 उसकी केस HRC माप को विश्वसनीय समग्र तनन-सामर्थ्य मान में परिवर्तित नहीं कर सकता।

डिज़ाइन या स्वीकृति संबंधी निर्णय के लिए सही उपाय यह है कि सत्यापित की जाने वाली संपत्ति को स्पष्ट रूप से परिभाषित किया जाए: केस कठोरता, प्रभावी केस गहराई, केंद्र की कठोरता या अलग से तैयार किए गए नमूने से प्राप्त तनन गुण। प्रत्यक्ष तनन परीक्षण, धातुवैज्ञानिक परीक्षण और कठोरता-गहराई प्रोफाइलिंग अलग-अलग प्रश्नों के उत्तर देते हैं। परिवर्तित संख्या केवल उस संकीर्ण प्रश्न का उत्तर देती है जिसे लागू पदार्थ-विशिष्ट सहसंबंध समर्थन करता है।

एक व्यावहारिक संदर्भ कार्यप्रवाह

कठोरता का रूपांतरण उस गुण के बारे में निर्णय लेने से शुरू होना चाहिए जिसकी वास्तव में आवश्यकता है। मापी गई कठोरता किसी विशिष्ट सतह, स्थान, इंडेंटर और परीक्षण बल की प्रतिक्रिया को दर्शाती है। परिवर्तित कठोरता किसी अन्य कठोरता स्केल पर प्राप्त एक अनुमान है। अनुमानित तनन सामर्थ्य इससे आगे का निष्कर्ष है और सामान्यतः कठोरता-स्केल रूपांतरण की तुलना में कम विश्वसनीय होता है। इन तीनों परिणामों को इस प्रकार रिपोर्ट नहीं किया जाना चाहिए मानो वे परस्पर विनिमेय हों।

परीक्षण से पहले

परीक्षण चुनने से पहले इंजीनियरिंग प्रश्न को परिभाषित करें। यदि आवश्यकता सतह के घिसाव-प्रतिरोध, केस की गहराई, स्थानीय ताप-उपचार की एकरूपता या उत्पादन-नियंत्रण मान से संबंधित है, तो कठोरता उपयुक्त प्रत्यक्ष गुण हो सकती है। यदि आवश्यकता उपज सामर्थ्य, अंतिम तनन सामर्थ्य, दीर्घीकरण, भंजन व्यवहार या सामग्री प्रमाणन से संबंधित है, तो कठोरता केवल एक संभावित स्क्रीनिंग मापन है। तनन गुणों के लिए तनन परीक्षण ही प्रत्यक्ष विधि है।

अभिलेखों के अनुसार इस्पात ग्रेड और उत्पाद की स्थिति की यथासंभव सटीक पहचान करें। केवल “कार्बन इस्पात” कहना पर्याप्त नहीं है। उत्पाद का नामांकन, जैसे ASTM A36, SAE J403 1045, AISI 4140, ASTM A681 O1 या EN 1.2379, तथा उत्पाद का रूप, अनुप्रस्थ काट का आकार, ताप-उपचार, टेम्पर, शीत-कार्य और सतह-उपचार दर्ज करें। 540 °C पर क्वेंच और टेम्पर किए गए 4140 नमूने का कठोरता–सामर्थ्य संबंध एनील किए गए 4140 जैसा नहीं होता, भले ही दोनों को 4140 कहा जाए। कार्ब्यूराइज़्ड सतह, डीकार्ब्यूराइज़्ड परत, वेल्ड का ताप-प्रभावित क्षेत्र और नॉर्मलाइज़्ड प्लेट—इनमें से प्रत्येक के लिए अलग मापन योजना आवश्यक हो सकती है।

स्केल का चयन सुविधा के आधार पर नहीं, बल्कि ज्यामिति और अपेक्षित कठोरता के आधार पर करें। ब्रिनेल कई बड़े और अपेक्षाकृत एकरूप अनुप्रस्थ काटों के लिए उपयोगी है, लेकिन बॉल इम्प्रेशन के लिए पर्याप्त मोटाई तथा किनारों या आस-पास के अन्य इम्प्रेशन से पर्याप्त दूरी आवश्यक होती है। रॉकवेल अधिक तेज़ है और छोटा इम्प्रेशन छोड़ता है, जबकि सुपरफिशियल रॉकवेल स्केल पतले अनुप्रस्थ काटों या उथली कठोर परतों के लिए उपयुक्त होते हैं। विकर्स और नूप माइक्रोकठोरता छोटी सतहों, प्रवणताओं और अलग-अलग प्रावस्थाओं को स्पष्ट कर सकती हैं, लेकिन इनमें सतह की तैयारी और ऑपरेटर की तकनीक अधिक महत्वपूर्ण हो जाती है। लीब और स्क्लेरोस्कोप विधियाँ पोर्टेबल होती हैं और उपयुक्त क्षेत्रीय परिस्थितियों में उपयोगी हैं, फिर भी इनके रीडिंग द्रव्यमान, आधार, अभिविन्यास, सतह की स्थिति और उपकरण की सेटिंग पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं।

इम्प्रेशन बनाने से पहले लागू परीक्षण मानक पढ़ें। ASTM E10 ब्रिनेल कठोरता परीक्षण, ASTM E18 रॉकवेल कठोरता परीक्षण और ASTM E384 माइक्रोइंडेंटेशन कठोरता परीक्षण को नियंत्रित करता है; संबंधित ISO विधि ड्रॉइंग या सामग्री मानक में भी निर्दिष्ट हो सकती है। ASTM E140-12, धातुओं के लिए मानक कठोरता रूपांतरण सारणियाँ, निर्दिष्ट धातुओं—जिनमें समांगी कार्बन, मिश्रधातु और टूल इस्पात शामिल हैं—के लिए ब्रिनेल, विकर्स, रॉकवेल, सुपरफिशियल रॉकवेल, नूप, स्क्लेरोस्कोप और लीब मानों के बीच अनुमानित संबंध प्रदान करता है। यह किसी एक स्केल को दूसरे का सार्वभौमिक विकल्प नहीं बनाता।

नमूना-तैयारी की योजना बनाएं। घिसाई या अत्यधिक पॉलिशिंग से ताप-उपचारित परत में परिवर्तन किए बिना स्केल, जंग, पेंट और बर्र हटाएँ। चयनित विधि के लिए परीक्षण सतह समतल, स्वच्छ और पर्याप्त रूप से चिकनी होनी चाहिए। नमूने को मजबूती से सहारा दें। इंडेंटर के नीचे मुड़ने वाली पतली प्लेट भ्रामक रूप से कम रीडिंग दे सकती है, जबकि वक्र या अपर्याप्त रूप से समर्थित भाग परिणाम को किसी भी दिशा में बदल सकता है।

मापन के दौरान

आवश्यक संदर्भ ब्लॉकों या सत्यापन प्रक्रिया से उपकरण की पुष्टि करें और मशीन की पहचान, इंडेंटर का प्रकार, बल, ड्वेल समय, तापमान और परीक्षण स्थान दर्ज करें। स्केल या भारों को चुपचाप मिलाकर उपयोग न करें। “HRC” और “HRB” अलग-अलग रॉकवेल स्केल हैं; ये परस्पर विनिमेय लेबल नहीं हैं। “HV10” और “HV0.2” अलग-अलग परीक्षण बलों का उपयोग करते हैं और संभव है कि सूक्ष्मसंरचना के अलग-अलग आयतन का नमूना लें।

इम्प्रेशन को किनारों, छिद्रों, वेल्ड सीमाओं और पिछले इम्प्रेशन से परीक्षण मानक में निर्दिष्ट दूरी पर रखें। केस-हार्डन्ड घटक पर एक सुविधाजनक रीडिंग लेने के बजाय सतह से दूरी के अनुसार मानचित्र तैयार करें। पृथक्कृत, बैंडित या बहुप्रावस्थीय इस्पात में वास्तविक भिन्नता को मापन-विचलन से अलग करने के लिए कई इम्प्रेशन आवश्यक हो सकते हैं।

मापन दोहराएँ। एकसमान प्रयोगशाला कूपन के लिए तीन रीडिंग पर्याप्त हो सकती हैं, जबकि वेल्डेड जोड़, पतली कोटिंग, प्रवणता या बड़े फोर्जिंग के लिए बड़े ग्रिड की आवश्यकता हो सकती है। किसी असुविधाजनक रीडिंग को बिना दस्तावेजीकृत नियम के अस्वीकार करना खराब प्रक्रिया है। अलग-अलग मान, माध्य, परास या मानक विचलन, तथा किसी भी अपवर्जन के कारणों सहित रिपोर्ट करें। यदि दोहराए गए इम्प्रेशन में महत्वपूर्ण भिन्नता हो, तो किसी भी रूपांतरण से पहले सतह की स्थिति, आधार, स्केल का चयन, सूक्ष्मसंरचना और ऑपरेटर की तकनीक की जाँच करें।

मापे गए परिणाम की मूल पहचान बनाए रखनी चाहिए: उदाहरण के लिए, 22 HRC, 235 HBW 2.5/187.5 या 310 HV10। रूपांतरण को अलग से इस प्रकार लिखें: “लगभग 22 HRC, ASTM E140-12 का उपयोग करके 235 HBW से परिवर्तित।” इससे सारणी से प्राप्त मान को दूसरे मापन के रूप में गलत समझे जाने से रोका जा सकता है।

रूपांतरण के बाद

ऐसी रूपांतरण सारणी का उपयोग करें जो इस्पात परिवार और मापी गई सीमा से मेल खाती हो। ASTM E140-12 में कहा गया है कि “रूपांतरण मिश्रधातु, दाना-संरचना और ताप-उपचार से प्रभावित होते हैं” (ASTM International, 2012)। ISO 18265:2013 स्केलों के बीच कठोरता मानों के रूपांतरण और तनन सामर्थ्य के अनुमान के सिद्धांत निर्दिष्ट करता है, लेकिन यह भी कहता है कि परिवर्तित मान केवल परीक्षण की गई सटीक सामग्री पर सीधे लागू होते हैं; इसमें तनन-सामर्थ्य अनुमानों को सबसे कम विश्वसनीय रूपांतरण के रूप में भी पहचाना गया है (ISO, 2013)। अपनी निर्दिष्ट सीमा से बाहर के सारणी मान को अतिरिक्त दशमलव स्थानों से विश्वसनीय नहीं बनाया जा सकता।

तनन-सामर्थ्य अनुमानों को स्क्रीनिंग परिणामों के रूप में लें। 1929 के NIST अध्ययन में बताया गया था कि वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए इस्पात के तनन सामर्थ्य का अनुमान अक्सर ब्रिनेल कठोरता से लगाया जा सकता है; यह अनुभवजन्य रॉकवेल–ब्रिनेल संबंधों पर आधारित था (NIST, 1929)। यह निष्कर्ष व्यावहारिक सहसंबंध का समर्थन करता है, किसी सार्वभौमिक नियम का नहीं। SAE की 1967 की रिपोर्ट, कठोरता परीक्षण और कठोरता संख्या रूपांतरण, इसी प्रकार स्पष्ट करती है कि सटीक रूपांतरण विशेष इस्पात संघटन, ताप-उपचार और भाग के लिए विकसित किए जाने चाहिए, क्योंकि आकार, द्रव्यमान, संघटन और प्रसंस्करण इस संबंध को प्रभावित करते हैं।

कुछ उच्च-सामर्थ्य, तन्य धात्विक सामग्रियों के लिए लगभग संबंध $H_V\approx 3{\sigma }_{\mathrm{UTS}}$ रिपोर्ट किया गया है, लेकिन 2012 के Materials Science and Engineering: A अध्ययन ने कठोरता-से-सामर्थ्य अनुपातों को सामग्री वर्ग, सूक्ष्मसंरचना और इंडेंटेशन आकृति-विज्ञान से जोड़ा (Materials Science and Engineering: A, 2012)। इसे फेरिटिक–पर्लिटिक प्लेट, मार्टेंसिटिक टूल इस्पात, अवक्षेपण-कठोरीकृत स्टेनलेस इस्पात या सतही केस पर स्वचालित रूप से लागू नहीं किया जाना चाहिए। इसी प्रकार, 2023 के एक अध्ययन में ऐतिहासिक और समकालीन अनमिश्रित संरचनात्मक इस्पातों के कच्ची या नॉर्मलाइज़्ड स्थिति में ब्रिनेल कठोरता–तनन सामर्थ्य के बीच सामान्यतः रैखिक संबंध पाया गया, लेकिन यह प्रत्येक मिश्रधातु या प्रत्येक ताप-उपचार अवस्था के लिए लागू नहीं है (Materials Today: Proceedings, 2023)।

स्रोत सारणी, संस्करण, मूल स्केल, परिवर्तित स्केल, इस्पात का नामांकन, स्थिति, परीक्षण स्थान, रीडिंग की संख्या और अनिश्चितता दर्ज करें। स्पष्ट करें कि मान मापा गया है, परिवर्तित है या अनुमानित है। पतले अनुप्रस्थ काट के प्रभाव, सतही प्रवणताएँ, अज्ञात ताप-उपचार, अंशांकन की स्थिति और यह तथ्य कि इस्पात स्रोत डेटा की सीमा से बाहर है या नहीं—जैसी सीमाएँ भी शामिल करें।

इसलिए इंजीनियरिंग कार्यप्रवाह यह है: आवश्यक गुण को परिभाषित करें; जहाँ संभव हो, एक वैध प्रत्यक्ष परीक्षण चुनें; इस्पात ग्रेड और स्थिति की पुष्टि करें; नमूने को तैयार कर उचित आधार दें; दोहराए गए मापन करें; संबंधित रूपांतरण मानक देखें; अनिश्चितता और सीमाएँ दर्ज करें; और जब परिणाम डिज़ाइन, प्रमाणन या सामग्री की स्वीकृति को प्रभावित करता हो, तो प्रत्यक्ष तनन परीक्षण की ओर बढ़ें।

संदर्भ

1. [1]ASTM International. Standard Hardness Conversion Tables for Metals. ASTM International standard, 2012. https://store.astm.org/e0140-12.html
2. [2]International Organization for Standardization. Metallic materials—Conversion of hardness values. ISO standard, 2013. https://www.iso.org/standard/53810.html
3. [3]National Institute of Standards and Technology. Empirical Rockwell–Brinell relationships. NIST Journal of Research, 1929. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/5/jresv5n1p19_A2b.pdf
4. [4]SAE International. Hardness Tests and Hardness Number Conversions. SAE technical report, 1967. https://books.google.com/books/about/Hardness_Tests_and_Hardness_Number_Conve.html?id=hRW4zwEACAAJ
5. [5]Materials Today: Proceedings authors. Brinell hardness and tensile-strength relationship in unalloyed structural steels. Materials Today: Proceedings, 2023. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012423017897