ऊष्मा उपचार प्रक्रियाएँ – शमन, तापन, सामान्यीकरण, एनीलिंग

इस्पात की शमन प्रक्रिया में इस्पात को क्रांतिक तापमान Ac3a (उप-यूटेक्टिक इस्पात) या Ac1 (अति-यूटेक्टिक इस्पात) से ऊपर के तापमान तक गर्म किया जाता है, फिर उसे कुछ समय के लिए स्थिर रखा जाता है ताकि उसका पूर्ण या आंशिक ऑस्टेनाइजेशन हो जाए। इसके बाद, क्रांतिक तापमान से भी तेज़ शीतलन दर से इस्पात को Ms से नीचे (या समतापी तापमान के निकट) तक ठंडा किया जाता है ताकि मार्टेन्साइट (या बेनाइट) का रूपांतरण हो सके। आमतौर पर, एल्युमीनियम मिश्रधातु, तांबा मिश्रधातु, टाइटेनियम मिश्रधातु, टेम्पर्ड ग्लास और अन्य ठोस विलयन सहायक पदार्थों के लिए भी इस ताप उपचार प्रक्रिया को शमन कहा जाता है।

 

बुझाने का उद्देश्य:
(1) धातु के यांत्रिक गुणों को सामग्री या भागों में सुधारना।
(2) किसी विशेष इस्पात के भौतिक गुणों या रासायनिक गुणों में सुधार करना

 

शमन विधियाँ: मुख्य रूप से एकल-तरल शमन, द्वि-तरल अग्नि, श्रेणीबद्ध शमन, समतापी शमन, स्थानीयकृत शमन इत्यादि।

टेम्परिंग एक ऐसी ऊष्मा उपचार प्रक्रिया है जिसमें धातु को बुझाकर किसी पदार्थ या भाग को एक निश्चित तापमान तक गर्म किया जाता है, फिर एक निश्चित अवधि तक उसी तापमान पर रखा जाता है और फिर एक निश्चित तरीके से ठंडा किया जाता है। टेम्परिंग, बुझाने की प्रक्रिया के तुरंत बाद की जाने वाली एक क्रिया है, और आमतौर पर यह उस वस्तु के लिए अंतिम ऊष्मा उपचार प्रक्रिया भी होती है, इसलिए बुझाने और टेम्परिंग की संयुक्त प्रक्रिया को अंतिम उपचार कहा जाता है।
मिश्रण बनाने की प्रक्रिया का कार्य निम्नलिखित है:
(1) संगठन की स्थिरता में सुधार करना, ताकि प्रक्रिया के उपयोग में वर्कपीस अब संगठन में परिवर्तन न हो, ताकि वर्कपीस की ज्यामिति और गुण स्थिर रहें।
(2) वर्कपीस के प्रदर्शन को बेहतर बनाने और वर्कपीस की ज्यामिति को स्थिर करने के लिए आंतरिक तनावों को दूर करना।

(3) उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए इस्पात के यांत्रिक गुणों को समायोजित करना।

 

टेम्परिंग की आवश्यकताएँ: वर्कपीस के विभिन्न उपयोगों के लिए, उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु उन्हें अलग-अलग तापमान पर टेम्पर किया जाना चाहिए। (1) कटिंग टूल्स, बियरिंग्स, कार्बराइजिंग क्वेंच्ड पार्ट्स, सरफेस क्वेंच्ड पार्ट्स को आमतौर पर 250 ℃ से कम तापमान पर टेम्पर किया जाता है। इस निम्न-तापमान टेम्परिंग के बाद कठोरता में बहुत अधिक परिवर्तन नहीं होता है, आंतरिक तनाव कम हो जाता है और मजबूती में थोड़ा सुधार होता है। (2) स्प्रिंग को 350 ~ 500 ℃ के बीच मध्यम तापमान पर टेम्पर करने से उच्च लोच और आवश्यक मजबूती प्राप्त होती है। (3) मध्यम-कार्बन संरचनात्मक इस्पात के पुर्जों को आमतौर पर 500 ~ 600 ℃ पर उच्च-तापमान टेम्परिंग द्वारा तैयार किया जाता है, ताकि उचित मजबूती और सामर्थ्य का अच्छा संतुलन प्राप्त हो सके।

 

सामान्यीकरण इस्पात की कठोरता में सुधार करने के लिए एक प्रकार का ऊष्मा उपचार है। इसमें इस्पात घटकों को 30 से 50 डिग्री सेल्सियस से अधिक के तापमान (Ac3) तक गर्म किया जाता है, और कुछ समय तक ठंडा होने के बाद हवा में छोड़ दिया जाता है। इसकी मुख्य विशेषता यह है कि शीतलन दर वापसी दर से तेज और शमन दर से धीमी होती है। सामान्यीकरण इस्पात के क्रिस्टलीय कणों के परिष्करण में तेजी ला सकता है, जिससे संतोषजनक मजबूती प्राप्त होती है, और छोटे कणों की कठोरता (AKV मान) में उल्लेखनीय सुधार होता है, जिससे घटक में दरार पड़ने की प्रवृत्ति कम हो जाती है। कुछ निम्न मिश्र धातु वाले हॉट रोल्ड स्टील प्लेट, निम्न मिश्र धातु वाले स्टील फोर्जिंग और कास्टिंग में सामान्यीकरण द्वारा सामग्री के समग्र यांत्रिक गुणों में सुधार किया जा सकता है, साथ ही काटने की क्षमता में भी सुधार किया जा सकता है।

 

एनीलिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें धातु को धीरे-धीरे एक निश्चित तापमान तक गर्म किया जाता है, पर्याप्त समय तक उस तापमान पर रखा जाता है, और फिर उपयुक्त दर से ठंडे क्षेत्र में ठंडा किया जाता है। एनीलिंग को पूर्ण एनीलिंग, अपूर्ण एनीलिंग और तनाव-मुक्ति एनीलिंग में विभाजित किया गया है। एनील्ड सामग्रियों के यांत्रिक गुणों का पता लगाने के लिए तन्यता परीक्षण (टेन्साइल टेस्ट) और कठोरता परीक्षण का उपयोग किया जा सकता है। कई इस्पात सामग्रियां पहले से ही ताप-उपचारित अवस्था में आपूर्ति की जाती हैं। इस्पात की कठोरता का परीक्षण करने के लिए लॉक के कठोरता परीक्षक (लॉक हार्डनेस टेस्टर) का उपयोग किया जा सकता है, जिससे एचआरबी कठोरता का परीक्षण किया जा सकता है। पतली इस्पात प्लेटों, इस्पात पट्टियों और पतली दीवारों वाली इस्पात नलिकाओं के लिए, सतह लॉक के कठोरता परीक्षक (सरफेस हार्डनेस टेस्टर) का उपयोग किया जा सकता है, जिससे निर्माण सामग्री की एचआरटी कठोरता का परीक्षण किया जा सकता है।
शमन और एनीलिंग का उद्देश्य: 1. ढलाई, फोर्जिंग, रोलिंग और वेल्डिंग प्रक्रियाओं में उत्पन्न विभिन्न संगठनात्मक दोषों और अवशिष्ट तनावों को दूर करके, वर्कपीस के विरूपण और दरारों को रोकना। 2. कटिंग करने के लिए वर्कपीस को नरम करना। 3. वर्कपीस के यांत्रिक गुणों को बेहतर बनाने के लिए दाने को परिष्कृत करना और संरचना में सुधार करना। 4. अंतिम ऊष्मा उपचार (शमन, टेम्परिंग) द्वारा संरचना मानकों को सुनिश्चित करना।
सामान्यतः उपयोग की जाने वाली एनीलिंग प्रक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
(1) पूर्ण एनीलिंग। मोटे अति-तापित ऊतक के खराब यांत्रिक गुणों के उभरने के बाद ढलाई, फोर्जिंग और वेल्डिंग द्वारा मध्य और निचले कार्बन स्टील को परिष्कृत करने के लिए उपयोग किया जाता है।
(2) गोलाकार एनीलिंग। फोर्जिंग के बाद टूल स्टील और बेयरिंग स्टील की उच्च कठोरता को कम करने के लिए उपयोग किया जाता है।
(3) समतापी एनीलिंग। जियांगडू में कुछ निकल, क्रोमियम सामग्री वाले कोण स्टील मिश्र धातु संरचनात्मक स्टील की उच्च कठोरता के लिए उपयोग किया जाता है।
(4) पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग। इसका उपयोग धातु के तार, शीट को कोल्ड ड्रॉइंग, कोल्ड रोलिंग प्रक्रिया में कठोरता लाने के लिए किया जाता है (कठोरता बढ़ती है, प्लास्टिसिटी घटती है)।
(5) ग्रेफाइटाइजेशन एनीलिंग। बड़ी संख्या में कार्बराइज्ड बॉडी वाले कास्ट आयरन को अच्छी प्लास्टिसिटी वाले मैलिएबल कास्ट आयरन में बदलने के लिए उपयोग किया जाता है।
(6) विसरण एनीलिंग। मिश्र धातु ढलाई की रासायनिक संरचना को एकसमान बनाने और उसके प्रदर्शन में सुधार करने के लिए उपयोग किया जाता है।
(7) तनाव राहत एनीलिंग। स्टील कास्टिंग और वेल्डमेंट के आंतरिक तनाव को दूर करने के लिए उपयोग किया जाता है।