तापोपचार (हीट ट्रीटिंग): Difference between revisions

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तापोपचार भट्टी पर 1,800 °F (980 °C)

तापोपचार (हीट ट्रीटिंग) औद्योगिक, थर्मल और धातु प्रक्रियाओं का ऐसा समूह है जिसका उपयोग किसी सामग्री के भौतिक और कभी-कभी रासायनिक गुणों को परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। इसका सबसे सामान्य अनुप्रयोग धातुकर्म है। तापोपचार का उपयोग कांच जैसी कई अन्य सामग्रियों के निर्माण में भी किया जाता है। तापोपचार में किसी सामग्री को कठोर या कोमल करने जैसे वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए सामान्य रूप से अत्यधिक तापमान तक गर्म करने या ठंडा करने का उपयोग सम्मिलित होता है। तापोपचार प्रौद्योगिकी में एनीलिंग (धातुकर्म), केस हार्डनिंग, वर्षण सुदृढ़ीकरण, टेम्परिंग (धातुकर्म), कार्बराइजिंग, सामान्यीकरण और शमन सम्मिलित हैं। यद्यपि तापोपचार शब्द केवल उन प्रक्रियाओं पर प्रस्तावित होता है जहां गुणों को परिवर्तित करने के विशिष्ट उद्देश्य के लिए हीटिंग और कूलिंग की जाती है, हीटिंग और कूलिंग प्रायः अन्य विनिर्माण प्रक्रियाओं जैसे हॉट फॉर्मिंग या वेल्डिंग के समय संयोगवश होती है।

भौतिक प्रक्रियाएं

लोहे के एलोट्रोप्स, अल्फा आयरन (कम तापमान) और गामा आयरन (उच्च तापमान) के मध्य लैटिस संरचनाओं में अंतर दिखाते हैं। अल्फा आयरन में कार्बन परमाणुओं के रहने के लिए कोई जगह नहीं होती है, जबकि गामा आयरन छोटे कार्बन परमाणुओं के मुक्त आवागमन के लिए संवृत होता है।

धातु सामग्री में छोटे क्रिस्टल की सूक्ष्म संरचना होती है जिन्हें ग्रेन या स्फटिक कहा जाता है। ग्रेन की प्रकृति (अर्थात ग्रेन का आकार और संरचना) सबसे प्रभावी कारक है जो धातु के समग्र यांत्रिक व्यवहार को निर्धारित कर सकती है। तापोपचार सूक्ष्म संरचना के अंदर प्रसार की दर और शीतलन की दर को नियंत्रित करके धातु के गुणों में परिवर्तन करने का कुशल उपाय प्रदान करता है। तापोपचार का उपयोग प्रायः मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों को परिवर्तित करने, कठोरता, सामग्री की शक्ति, दृढ़ता, लचीलापन और प्रत्यास्थता (भौतिकी) जैसे गुणों में परिवर्तन करने के लिए किया जाता है।^[1]

दो प्रणाली हैं जो तापोपचार के समय मिश्र धातु के गुणों को परिवर्तित कर सकते हैं: मार्टेंसाईट के गठन से क्रिस्टल आंतरिक रूप से विरूपण (इंजीनियरिंग) का कारण बनता है, और प्रसार प्रणाली मिश्र धातु की रूपता में परिवर्तन का कारण बनता है।^[2]क्रिस्टल संरचना में परमाणु होते हैं जिन्हें अधिक विशिष्ट व्यवस्था में समूहीकृत किया जाता है, जिसे लैटिस कहा जाता है। अधिकांश तत्वों में, तापमान और दबाव जैसी स्थितियों के आधार पर, यह क्रम स्वयं को पुनर्व्यवस्थित करेगा। यह पुनर्व्यवस्था जिसे अपररूपता या बहुरूपता (सामग्री विज्ञान) कहा जाता है, किसी विशेष धातु के लिए कई भिन्न-भिन्न तापमानों पर बार-बार हो सकती है। मिश्रधातुओं में, यह पुनर्व्यवस्था ऐसे तत्व का कारण बन सकती है जो सामान्य रूप से आधार धातु में घुलता है, अकस्मात् घुलनशील हो जाता है, जबकि एलोट्रॉपी के विपरीत होने से तत्व आंशिक रूप से या पूर्ण रूप से से अघुलनशील हो जाता है।^[3]घुलनशील अवस्था में होने पर, प्रसार की प्रक्रिया के कारण घुले हुए तत्व के परमाणु विस्तृत हो जाते हैं, जिससे आधार धातु के क्रिस्टल के अंदर समरूप वितरण बनाने का प्रयास किया जाता है। यदि मिश्र धातु को अघुलनशील अवस्था में ठंडा किया जाता है, तो घुले हुए घटकों (विलेय) के परमाणु घोल से बाहर निकल सकते हैं। इस प्रकार का प्रसार, जिसे वर्षण (रसायन विज्ञान) कहा जाता है, केंद्रक की ओर ले जाता है, जहां प्रवासी परमाणु ग्रेन-सीमाओं पर साथ समूहित होते हैं। यह सूक्ष्म संरचना बनाता है जिसमें सामान्य रूप से दो या दो से अधिक विशिष्ट चरण (पदार्थ) होते हैं।^[4] उदाहरण के लिए, इस्पात जिसे औस्टेनाइजिंग तापमान (1,500 °F (820 °C) को 1,600 °F (870 °C) कार्बन सामग्री के आधार पर) से ऊपर गर्म किया गया है और फिर धीरे-धीरे ठंडा होने पर, लोहे और सीमेन्टाईट के एलोट्रोप की वैकल्पिक परतों से बनी लेमिनेटेड संरचना बनती है, जो कोमल मोती जैसा बन जाती है।^[5] इस्पात को ऑस्टेनाईट चरण तक गर्म करने और फिर इसे पानी में शमन के पश्चात, माइक्रोस्ट्रक्चर मार्टेंसिटिक चरण में होगा। यह इस तथ्य के कारण है कि इस्पात शमन के पश्चात ऑस्टेनाइट चरण से मार्टेंसाइट चरण में परिवर्तित कर जाएगा। यदि क्वेंच ने तीव्रता से सभी इस्पात को ठंडा नहीं किया तो कुछ पर्लाइट या फेराइट उपस्थित हो सकते हैं।^[4]

लौह-आधारित मिश्र धातुओं के विपरीत, अधिकांश ताप-उपचार योग्य मिश्र धातुओं में फेराइट परिवर्तन का अनुभव नहीं होता है। इन मिश्र धातुओं में, ग्रेन-सीमाओं पर न्यूक्लियेशन प्रायः क्रिस्टल मैट्रिक्स की संरचना को सशक्त करता है। ये धातुएँ वर्षा द्वारा कठोर हो जाती हैं। सामान्य रूप से तापमान के आधार पर धीमी प्रक्रिया, इसे प्रायः एजिंग का कठोर होना कहा जाता है।^[6]कई धातुएं और अधातुएं तीव्रता से ठंडा होने पर (तेल, पॉलिमर, पानी आदि जैसे बाहरी मीडिया के साथ) मार्टेंसाइट परिवर्तन प्रदर्शित करती हैं। जब किसी धातु को अधिक शीघ्र ठंडा किया जाता है, तो अघुलनशील परमाणु समय पर घोल से बाहर नहीं निकल पाते हैं। इसे प्रसारहीन परिवर्तन कहा जाता है। जब क्रिस्टल मैट्रिक्स अपनी निम्न-तापमान व्यवस्था में परिवर्तित करता है, तो विलेय के परमाणु लैटिस के अंदर फंस जाते हैं। फंसे हुए परमाणु क्रिस्टल मैट्रिक्स को पूर्ण रूप से से अपने कम तापमान वाले अलॉट्रोप में परिवर्तित करने से रोकते हैं, जिससे लैटिस के अंदर शीयरिंग स्ट्रेस उत्पन्न होता है। जब कुछ मिश्र धातुएं, जैसे कि इस्पात, शीघ्र से ठंडी हो जाती हैं, तो मार्टेंसाइट परिवर्तन धातु को कठोर कर देता है, जबकि अन्य, जैसे एल्यूमीनियम, मिश्र धातु कोमल हो जाती है।^[7]^[8]

रचना का प्रभाव

लौह-कार्बन मिश्र धातु प्रणाली का चरण आरेख। विभिन्न रचनाओं (क्षैतिज अक्ष) के लिए भिन्न-भिन्न तापमान (ऊर्ध्वाधर अक्ष) पर चरण परिवर्तन होते हैं। बिंदीदार रेखाएं यूटेक्टॉइड (ए) और यूटेक्टिक (बी) रचनाओं को चिह्नित करती हैं।

मिश्र धातु प्रणाली की विशिष्ट संरचना सामान्य रूप से तापोपचार के परिणामों पर अधिक प्रभाव डालती है। यदि प्रत्येक घटक का प्रतिशत उचित है, तो ठंडा होने पर मिश्र धातु, निरंतर सूक्ष्म संरचना बनाएगी। ऐसे मिश्रण को यूटेक्टॉइड कहा जाता है। चूँकि, यदि विलेय का प्रतिशत यूटेक्टॉइड मिश्रण से भिन्न होता है, तो दो या दो से अधिक विभिन्न सूक्ष्म संरचनाएँ सामान्य रूप से साथ बनेंगी। हाइपो यूटेक्टॉइड घोल में यूटेक्टॉइड मिश्रण की अपेक्षा में कम विलेय होता है, जबकि हाइपरयूटेक्टॉइड घोल में अधिक होता है।^[9]

यूटेक्टॉइड मिश्रधातु

यूटेक्टॉइड (यूटेक्टिक जैसा) मिश्र धातु व्यवहार में यूटेक्टिक मिश्र धातु के समान होता है। यूटेक्टिक मिश्रधातु की विशेषता यह है कि इसमें गलनांक होता है। यह गलनांक किसी भी घटक की अपेक्षा में कम है, और मिश्रण में कोई भी परिवर्तन गलनांक को और कम नहीं करेगा। जब पिघले हुए यूटेक्टिक मिश्र धातु को ठंडा किया जाता है, तो सभी घटक ही तापमान पर अपने संबंधित चरणों में क्रिस्टलीकृत हो जाएंगे।

'यूटेक्टॉइड मिश्र धातु' समान है, परन्तु चरण परिवर्तन तरल से नहीं, अपितु ठोस घोल से होता है। घोल के तापमान से यूटेक्टॉइड मिश्र धातु को ठंडा करने पर, घटक भिन्न-भिन्न क्रिस्टल चरणों में भिन्न हो जाएंगे, जिससे माइक्रोस्ट्रक्चर बनेगा। उदाहरण के लिए, यूटेक्टॉइड इस्पात में 0.77% कार्बन होता है। धीरे-धीरे ठंडा होने पर, आयरन और कार्बन का घोल (चरण जिसे ऑस्टेनाइट कहा जाता है) आयरन और सीमेंटाइट के एलोट्रोप चरणों के प्लेटलेट्स में भिन्न हो जाएगा। यह स्तरित सूक्ष्म संरचना बनाता है जिसे पर्लाइट कहा जाता है।

चूँकि पर्लाइट लोहे की अपेक्षा में कठोर होता है, इसलिए प्राप्त होने वाली कोमलता की डिग्री सामान्य रूप से पर्लाइट द्वारा उत्पादित धातु तक ही सीमित होती है। इसी प्रकार, कठोरता अधिक तीव्रता से ठंडा होने पर बनने वाली निरंतर मार्टेंसिटिक माइक्रोस्ट्रक्चर द्वारा सीमित होती है।^[10]

हाइपोयूटेक्टॉइड मिश्र धातु

हाइपोयूटेक्टिक मिश्रधातु के दो भिन्न-भिन्न गलनांक होते हैं। दोनों प्रणाली के लिए यूटेक्टिक गलनांक से ऊपर हैं परन्तु प्रणाली बनाने वाले किसी भी घटक के गलनांक से नीचे हैं। इन दो पिघलने बिंदुओं के मध्य, मिश्र धातु आंशिक रूप से ठोस और आंशिक रूप से तरल के रूप में उपस्थित रहेगी। उच्च गलनांक वाला घटक पूर्व जम जाएगा। जब पूर्ण रूप से से जम जाता है, तो हाइपोयूटेक्टिक मिश्र धातु प्रायः ठोस घोल में होगी।

इसी प्रकार, हाइपोयूटेक्टॉइड मिश्र धातु में दो महत्वपूर्ण तापमान होते हैं, जिन्हें अरेस्ट कहा जाता है। इन दो तापमानों के मध्य, मिश्र धातु आंशिक रूप से समाधान के रूप में और आंशिक रूप से भिन्न क्रिस्टलीकरण चरण के रूप में उपस्थित रहेगी, जिसे प्रो यूटेक्टॉइड चरण कहा जाता है। इन दो तापमानों को ऊपरी (A₃) कहा जाता है) और निचला (A₁) परिवर्तन तापमान कहा जाता है। जैसे ही घोल ऊपरी परिवर्तन तापमान से अघुलनशील अवस्था की ओर ठंडा होता है, अतिरिक्त आधार धातु प्रायः क्रिस्टलीकृत होने के लिए विवश हो जाएगी, जो प्रो यूटेक्टॉइड बन जाएगी। यह तब तक होगा जब तक कि विलेय की शेष सांद्रता यूटेक्टॉइड स्तर तक नहीं पहुंच जाती, जो तब भिन्न सूक्ष्म संरचना के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाएगी।

उदाहरण के लिए, हाइपोयूटेक्टॉइड इस्पात में 0.77% से कम कार्बन होता है। ऑस्टेनाइट परिवर्तन तापमान से हाइपोयूटेक्टॉइड इस्पात को ठंडा करने पर, प्रोयूटेक्टॉइड-फेराइट के छोटे द्वीप बनेंगे। ये बढ़ते रहेंगे और कार्बन कम होता जाएगा जब तक कि शेष इस्पात में यूटेक्टॉइड सांद्रता नहीं पहुंच जाती। यह यूटेक्टॉइड मिश्रण फिर पर्लाइट की सूक्ष्म संरचना के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाएगा। चूंकि फेराइट, पर्लाइट की अपेक्षा में कोमल होता है, इसलिए दोनों सूक्ष्म संरचनाएं मिलकर मिश्र धातु की लचीलापन बढ़ाती हैं। परिणाम, मिश्र धातु की कठोरता कम हो जाती है।^[11]

हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु

हाइपरयूटेक्टिक मिश्रधातु के गलनांक भी भिन्न-भिन्न होते हैं। चूँकि, इन बिंदुओं के मध्य, उच्च गलनांक वाला घटक ही ठोस होगा। इसी प्रकार, हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु में दो महत्वपूर्ण तापमान होते हैं। ऊपरी परिवर्तन तापमान से हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु को ठंडा करते समय, यह सामान्य रूप से अतिरिक्त विलेय होगा जो पूर्व क्रिस्टलीकृत होता है, जिससे प्रो-यूटेक्टॉइड बनता है। यह तब तक निरंतर रहता है जब तक कि शेष मिश्र धातु में सांद्रता यूटेक्टॉइड नहीं बन जाती, जो तब भिन्न सूक्ष्म संरचना में क्रिस्टलीकृत हो जाती है।

हाइपरयूटेक्टॉइड इस्पात में 0.77% से अधिक कार्बन होता है। हाइपरयूटेक्टॉइड इस्पात को धीरे-धीरे ठंडा करने पर, सीमेंटाइट पूर्व क्रिस्टलीकृत होना प्रारंभ हो जाएगा। जब शेष इस्पात संरचना में यूटेक्टॉइड बन जाता है, तो यह पर्लाइट में क्रिस्टलीकृत हो जाएगा। चूँकि सीमेंटाइट, पर्लाइट की अपेक्षा में अधिक कठोर होता है, इसलिए मिश्रधातु में लचीलेपन की कीमत पर अधिक कठोरता होती है।^[9]^[11]

समय और तापमान का प्रभाव

इस्पात के लिए समय-तापमान परिवर्तन (टीटीटी) आरेख। ऊपरी क्रिटिकल (A3) तापमान से ठंडा होने पर लाल वक्र विभिन्न शीतलन दर (वेग) का प्रतिनिधित्व करते हैं। V1 (शमन) मार्टेंसाइट का उत्पादन करता है। V2 (सामान्यीकरण) पर्लाइट और मार्टेंसाइट दोनों का उत्पादन करता है, V3 (एनीलिंग) पर्लाइट के साथ मिश्रित बैनाइट का उत्पादन करता है।

उचित तापोपचार के लिए तापमान, समय और शीतलन दर पर उचित नियंत्रण की आवश्यकता होती है।^[12]

तनाव से राहत, टेम्परिंग और एजिंग के अपवाद के साथ, अधिकांश तापोपचार मिश्र धातु को निश्चित परिवर्तन, या अरेस्ट (A), तापमान से परे गर्म करने से प्रारंभ होते हैं। इस तापमान को अरेस्ट के रूप में जाना जाता है क्योंकि A तापमान पर धातु हिस्टैरिसीस की अवधि का अनुभव करती है। इस बिंदु पर, पूर्ण ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग क्रिस्टल परिवर्तन के लिए किया जाता है, इसलिए तापमान कम समय के लिए बढ़ना संवृत हो जाता है (रुक जाता है) और फिर परिवर्तन पूर्ण होने के पश्चात चढ़ना निरंतर रहता है।^[13] इसलिए, परिवर्तन होने के लिए मिश्र धातु को महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर गरम किया जाना चाहिए। मिश्र धातु को सामान्य रूप से इस तापमान पर अधिक देर तक रखा जाएगा जिससे ग्रीष्म पूर्ण रूप से से मिश्र धातु में प्रवेश कर सके, जिससे यह पूर्ण ठोस समाधान में आ सके। उदाहरण के लिए, लोहे में कार्बन सामग्री के आधार पर चार महत्वपूर्ण तापमान होते हैं। शुद्ध लोहा अपनी अल्फ़ा (कमरे के तापमान) अवस्था में A₂ तापमान पर अचुंबकीय गामा-लोहे में परिवर्तित हो जाता है, और वेल्डिंग डेल्टा-आयरन इसके A ₄ तापमान पर वेल्डेबल डेल्टा-आयरन में परिवर्तित हो जाता है। चूँकि, जैसे-जैसे कार्बन जुड़ता है, इस्पात बनता जाता है, A₂ तापमान और A₃ तापमान में विभाजित हो जाता है, जिसे ऑस्टेनाइजिंग तापमान भी कहा जाता है (सभी चरण ऑस्टेनाइट बन जाते हैं, गामा आयरन और कार्बन का घोल) और इसका A₁ तापमान, ऑस्टेनाइट ठंडा होने पर पर्लाइट में परिवर्तित कर जाता है। इन ऊपरी और निम्न तापमानों के मध्य ठंडा होने पर प्रो यूटेक्टॉइड चरण बनता है।

क्योंकि छोटे दाने का आकार सामान्य रूप से कठोरता, शीरिंग शक्ति और अन्य शक्ति जैसे यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है, इन धातुओं को प्रायः ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है जो ऊपरी महत्वपूर्ण तापमान से ठीक ऊपर होता है, जिससे घोल के दानों को अधिक बड़ा होने से अवरोध किया जा सके। उदाहरण के लिए, जब इस्पात को ऊपरी क्रिटिकल-तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है, तो ऑस्टेनाइट के छोटे दाने बनते हैं। तापमान बढ़ने पर ये बड़े हो जाते हैं। जब ठंडा किया जाता है, तो मार्टेंसाइट परिवर्तन के समय, ऑस्टेनाइट ग्रेन का आकार सीधे मार्टेंसाइट ग्रेन के आकार को प्रभावित करता है। बड़े ग्रेनों में बड़ी ग्रेन-सीमाएं होती हैं, जो संरचना में अशक्त स्थानों के रूप में कार्य करती हैं। खंडित होने की संभावना को कम करने के लिए सामान्य रूप से ग्रेन के आकार को नियंत्रित किया जाता है।^[14]प्रसार परिवर्तन अधिक समय पर निर्भर है। किसी धातु को ठंडा करने से सामान्य रूप से वर्षा अधिक कम तापमान तक दब जाएगी। उदाहरण के लिए, ऑस्टेनाइट सामान्य रूप से ऊपरी क्रिटिकल तापमान से ऊपर ही उपस्थित होती है। चूँकि, यदि ऑस्टेनाइट को शीघ्र से ठंडा किया जाता है, तो परिवर्तन को निम्न महत्वपूर्ण तापमान से सैकड़ों डिग्री नीचे दबाया जा सकता है। ऐसा ऑस्टेनाइट अत्यधिक अस्थिर होता है और यदि पर्याप्त समय दिया जाए, तो यह फेराइट और सीमेंटाइट की विभिन्न सूक्ष्म संरचनाओं में अवक्षेपित हो जाएगा। शीतलन दर का उपयोग ग्रेन की वृद्धि दर को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है या आंशिक रूप से मार्टेंसिटिक माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करने के लिए भी किया जा सकता है।^[15] चूँकि, मार्टेंसाइट परिवर्तन टाइम-इंडिपेंडेंट है। यदि मिश्रधातु को मार्टेंसाइट परिवर्तन (M_s) तक ठंडा किया जाता है, अन्य सूक्ष्म संरचनाओं के पूर्ण रूप से से बनने से पूर्व का तापमान, परिवर्तन सामान्य रूप से ध्वनि की गति के नीचे होगा।^[16]जब ऑस्टेनाइट को ठंडा किया जाता है, परन्तु मार्टेंसाइट प्रारंभ तापमान M_s से ऊपर रखा जाता है, जिससे मार्टेंसाइट परिवर्तन न हो, तो ऑस्टेनाइट के दाने के आकार का न्यूक्लियेशन की दर पर प्रभाव पड़ेगा, परन्तु यह सामान्य रूप से तापमान और शीतलन की दर है जो ग्रेन के आकार को नियंत्रित करती है। जब ऑस्टेनाइट को अधिक धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, तो यह सीमेंटाइट के गोलाकार समावेशन से पूर्ण बड़े फेराइट क्रिस्टल का निर्माण करेगा। इस सूक्ष्म संरचना को स्फेरॉइडाइट कहा जाता है। यदि थोड़ा और तीव्रता से ठंडा किया जाए तो मोटे मोती का निर्माण हो जाएगा। इससे भी तीव्रता से और सूक्ष्म मोती का निर्माण होगा। यदि और भी तीव्रता से ठंडा किया जाता है, तो बैनाइट बनेगा, और अधिक पूर्ण बैनाइट परिवर्तन मार्टेंसाइट स्टार्ट एमएस के ऊपर रखे गए समय के आधार पर होगा। इसी प्रकार, ये माइक्रोस्ट्रक्चर भी बनेंगे, यदि विशिष्ट तापमान पर ठंडा किया जाए और फिर निश्चित समय के लिए वहां रखा जाए।^[17]घोल बनाने के लिए अधिकांश अलौह मिश्र धातुओं को भी गर्म किया जाता है। प्रायः, इन्हें मार्टेंसाइट परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए अधिक तीव्रता से ठंडा किया जाता है, जिससे समाधान अतिसंतृप्ति अवस्था में आ जाता है। मिश्र धातु, अधिक कोमल अवस्था में होने के कारण, फिर ठंडी हो सकती है। इससे कार्य कठोर हो जाता है जिससे मिश्रधातु की शक्ति और कठोरता बढ़ जाती है। इसके अतिरिक्त, प्लास्टिक विरूपण के कारण होने वाले दोष वर्षा को तीव्र करते हैं, जिससे मिश्र धातु के लिए कठोरता सामान्य से अधिक बढ़ जाती है। अपितु ठंडा कार्य न किया गया हो, इन मिश्र धातुओं में विलेय सामान्य रूप से अवक्षेपित हो जाएंगे, चूँकि इस प्रक्रिया में अधिक समय लग सकता है। कभी-कभी इन धातुओं को ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है जो निम्न क्रिटिकल (A₁) से नीचे वर्षा को तीव्र करने के लिए तापमान, पुनः क्रिस्टलीकरण को अवरोध करना होता है।^[18]^[19]^[20]

तापोपचार के प्रकार

12 घंटे की प्रक्रिया के पश्चात इस्पात कास्टिंग 1,200 °C (2,190 °F) तापोपचार.

किसी मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों को अनुकूलित करने के लिए तापोपचार कार्यक्रम, या चक्र, प्रायः धातुविदों द्वारा निर्मित किए जाते हैं। एयरोस्पेस उद्योग में, सुपरअलॉय को वांछित गुणों को विकसित करने के लिए पांच या अधिक विभिन्न तापोपचार कार्यों से निकलना पड़ सकता है। इससे भट्ठी के तापमान नियंत्रण और टाइमर की उचितता के आधार पर गुणवत्ता संबंधी समस्याएं हो सकती हैं। इन ऑपरेशनों को सामान्य रूप से बुनियादी प्रौद्योगिकी में विभाजित किया जा सकता है।

एनीलिंग

एनीलिंग में धातु को विशिष्ट तापमान तक गर्म करना और फिर उस दर पर ठंडा करना सम्मिलित है जो परिष्कृत माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करेगा, जो घटकों को पूर्ण रूप से या आंशिक रूप से भिन्न करेगा। शीतलन की दर सामान्यतः धीमी होती है। एनीलिंग का उपयोग प्रायः ठंडे कार्य के लिए धातु को कोमल करने, मशीनीकरण में सुधार करने, या विद्युत चालकता जैसे गुणों को बढ़ाने के लिए किया जाता है।

लौह मिश्र धातुओं में, एनीलिंग सामान्य रूप से धातु को ऊपरी महत्वपूर्ण तापमान से अतिरिक्त गर्म करके और फिर अधिक धीरे-धीरे ठंडा करके पूर्ण किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पर्लाइट का निर्माण होता है। शुद्ध धातुओं और कई मिश्र धातुओं में जिनका तापोपचार नहीं किया जा सकता है, ठंड से कार्य करने के कारण होने वाली कठोरता को दूर करने के लिए एनीलिंग का उपयोग किया जाता है। धातु को ऐसे तापमान तक गर्म किया जाता है जहां पुनर्क्रिस्टलीकरण (धातुकर्म) हो सकता है, जिससे प्लास्टिक विरूपण के कारण होने वाले दोषों का सुधार हो सके। इन धातुओं में, शीतलन की दर पर सामान्य रूप से अधिक कम प्रभाव पड़ेगा। अधिकांश अलौह मिश्रधातुएँ जो ताप-उपचार योग्य होती हैं, उन्हें ठंड से कार्य करने की कठोरता से राहत देने के लिए भी एनील्ड किया जाता है। इन्हें धीरे-धीरे ठंडा किया जा सकता है जिससे घटकों की पूर्ण वर्षा हो सके और परिष्कृत सूक्ष्म संरचना निर्मित हो सके।

लौह मिश्र धातुएँ सामान्य रूप से या तो पूर्ण एनील्ड होती हैं या प्रक्रिया एनील्ड होती हैं। मोटे पर्लाइट बनाने के लिए पूर्ण एनीलिंग के लिए अधिक धीमी शीतलन दर की आवश्यकता होती है। एनीलिंग प्रक्रिया में, शीतलन दर तीव्र हो सकती है; और इसमें सामान्यीकरण भी सम्मिलित है। प्रक्रिया एनीलिंग का मुख्य लक्ष्य समान सूक्ष्म संरचना का निर्माण करना है। अलौह मिश्र धातुओं को प्रायः विभिन्न प्रकार की एनीलिंग प्रौद्योगिकी के अधीन किया जाता है, जिसमें पुनर्क्रिस्टलीकरण एनीलिंग, आंशिक एनीलिंग, पूर्ण एनीलिंग और अंतिम एनीलिंग सम्मिलित हैं। सभी एनीलिंग प्रौद्योगिकी में पुन: क्रिस्टलीकरण सम्मिलित नहीं होता है, जैसे तनाव से राहत है।^[21]

सामान्यीकरण

सामान्यीकरण ऐसी प्रौद्योगिकी है जिसका उपयोग मिश्र धातु में ग्रेन के आकार और संरचना (समकक्ष क्रिस्टल) में रूपता प्रदान करने के लिए किया जाता है। इस शब्द का प्रयोग प्रायः लौह मिश्र धातुओं के लिए किया जाता है जिनका ऑस्टेनिटाइज किया गया है और फिर विवृत हवा में ठंडा किया गया है।^[21]सामान्यीकरण से न केवल पर्लाइट अपितु मार्टेंसाइट और कभी-कभी बैनाइट का भी उत्पादन होता है, जो पूर्ण एनीलिंग की अपेक्षा में समान संरचना के लिए कम लचीलापन के साथ कठोर और सशक्त इस्पात देता है।

सामान्यीकरण प्रक्रिया में इस्पात को उसकी ऊपरी महत्वपूर्ण तापमान सीमा से लगभग 40 डिग्री सेल्सियस ऊपर गर्म किया जाता है, कुछ समय के लिए इस तापमान पर रखा जाता है, और फिर हवा में ठंडा किया जाता है।

स्ट्रेस रिलीविंग

स्ट्रेस रिलीविंग धातु में उत्पन्न आंतरिक तनाव को दूर करने या कम करने की प्रौद्योगिकी है। ये तनाव कई उपायों से हो सकते हैं, जिनमें ठंड से कार्य करने से लेकर असमान शीतलन तक सम्मिलित है। तनाव-रिलीविंग सामान्य रूप से किसी धातु को कम क्रिटिकल तापमान से नीचे गर्म करके और फिर समान रूप से ठंडा करके पूर्ण किया जाता है।^[21]वेल्डिंग प्रक्रिया के समय उत्पन्न सभी तनावों को दूर करने के लिए, तनाव से राहत का उपयोग सामान्य रूप से एयर टैंक, बॉयलर और अन्य दबाव वाहिकाओं जैसी वस्तुओं पर किया जाता है।^[22]

एजिंग

कुछ धातुओं को वर्षण हार्डनिंग धातुओं के रूप में वर्गीकृत किया गया है। जब वर्षण कठोर बनाने वाले मिश्रधातु को बुझाया जाता है, तो इसके मिश्रधातु तत्व घोल में फंस जाते है, जिसके परिणामस्वरूप कोमल धातु बनती है। घोलित धातु की एजिंग से मिश्रधातु तत्वों को माइक्रोस्ट्रक्चर के माध्यम से विस्तृत करने और इंटरमेटेलिक कणों का निर्माण करने की अनुमति मिल जाएगी। ये इंटरमेटालिक कण न्यूक्लियेट हो जाएंगे और घोल से बाहर गिर जाएंगे और सशक्त चरण के रूप में कार्य करेंगे, जिससे मिश्र धातु की शक्ति बढ़ जाएगी। मिश्रधातुएं स्वाभाविक रूप से प्राचीन हो सकती हैं, जिसका अर्थ है कि अवक्षेप कमरे के तापमान पर बनते हैं, या वे कृत्रिम रूप से प्राचीन हो सकते हैं जब अवक्षेप केवल ऊंचे तापमान पर बनते हैं। कुछ अनुप्रयोगों में, स्वाभाविक रूप से एजिंग वाले मिश्र धातुओं को आगे के संचालन के पश्चात तक कठोर होने से रोकने के लिए फ्रीजर में संग्रहित किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, रिवेट्स की असेंबली, कोमल भाग के साथ सरल हो सकती है।

वर्षण हार्डनिंग मिश्रधातुओं के उदाहरणों में 2000 श्रृंखला, 6000 श्रृंखला और 7000 श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु, साथ ही कुछ सुपरअलॉय और कुछ स्टेनलेस इस्पात सम्मिलित हैं। एजिंग के कारण कठोर होने वाले इस्पात को सामान्य रूप से मार्टेंसाइट एजिंग शब्द के संयोजन से मैरेजिंग इस्पात कहा जाता है।^[21]

शमन

शमन किसी धातु को तीव्र गति से ठंडा करने की प्रक्रिया है। यह प्रायः मार्टेंसाइट परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। लौह मिश्रधातु में, यह प्रायः कठोर धातु का उत्पादन करेगा, जबकि अलौह मिश्रधातु सामान्य रूप से सामान्य से अधिक कोमल हो जाएगी।

शमन द्वारा कठोर बनाने के लिए, किसी धातु (सामान्य रूप से इस्पात या कच्चा लोहा) को ऊपरी क्रिटिकल तापमान (इस्पात: 815 ~ 900 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) से ऊपर गरम किया जाना चाहिए।^[23]) और फिर शीघ्र से ठंडा हो गया। मिश्र धातु और अन्य विचारों (जैसे कि अधिकतम कठोरता विपरीत क्रैकिंग और विरूपण के लिए चिंता) के आधार पर, पृथ्वी के वायुमंडल या अन्य गैस (जैसे नाइट्रोजन) के साथ ठंडा किया जा सकता है। उनकी उत्तम तापीय चालकता के कारण तरल पदार्थों जैसे तेल, पानी, पानी में घुला हुआ पॉलीमर या नमकीन पानी का उपयोग किया जा सकता । तीव्रता से ठंडा होने पर, ऑस्टेनाइट का भाग (मिश्र धातु संरचना पर निर्भर) मार्टेंसाइट में परिवर्तित कर जाएगा, जो कठोर, भंगुर क्रिस्टलीय संरचना है। किसी धातु की शमन कठोरता उसकी रासायनिक संरचना और शमन विधि पर निर्भर करती है। शीतलन गति, सबसे तीव्र से सबसे धीमी तक, नमकीन पानी, पॉलिमर (अर्थात पानी + ग्लाइकोल पॉलिमर का मिश्रण), मीठे पानी, तेल और विवश हवा से होती है। चूँकि, कुछ इस्पात को अधिक तीव्रता से शमन से क्रैकिंग हो सकती है, यही कारण है कि एआईएसआई 4140 जैसे उच्च तन्यता वाले इस्पात को तेल में शमन चाहिए, आईएसओ 1.2767 या एच 13 हॉट वर्क औजारों का इस्पात जैसे टूल इस्पात को हवा में शमन चाहिए, और कम मिश्र धातु या मध्यम-तन्यता वाले इस्पात जैसे XK1320 या AISI 1040 को नमकीन पानी में बुझाया जाना चाहिए।

कुछ बीटा टाइटेनियम आधारित मिश्र धातुओं ने भी तीव्रता से शीतलन के माध्यम से बढ़ी हुई शक्ति के समान प्रवृत्ति प्रदर्शित किया हैं।^[24] चूँकि, अधिकांश अलौह धातुएँ, जैसे तांबा, एल्यूमीनियम, या निकल की मिश्र धातुएँ, और कुछ उच्च मिश्र धातु वाले इस्पात जैसे कि ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात (304, 316), जब इनका शमन जाता है तो विपरीत प्रभाव उत्पन्न करते हैं: वे कोमल हो जाते हैं। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस इस्पात्स को पूर्ण रूप से से संक्षारण प्रतिरोधी बनने के लिए बुझाया जाना चाहिए, क्योंकि वे अधिक कठोर होते हैं।^[21]

टेम्परिंग

अनटेम्पर्ड मार्टेंसिटिक इस्पात, चूँकि अधिक कठोर है, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होने के लिए अधिक भंगुर है। इस समस्या को दूर करने की विधि को टेम्परिंग कहा जाता है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है कि बुझे हुए भागों को टेम्परिंग किया जाए। टेम्परिंग में कुछ कठोरता प्रदान करने के लिए इस्पात को निम्न महत्वपूर्ण तापमान (प्रायः 400˚F से 1105˚F या 205˚C से 595˚C, वांछित परिणामों के आधार पर) के नीचे गर्म किया जाता है। उच्च तापमान तापमान (मिश्र धातु और अनुप्रयोग के आधार पर 1,300˚F या 700˚C तक) का उपयोग कभी-कभी अधिक लचीलापन प्रदान करने के लिए किया जाता है, चूँकि सामग्री की कुछ उपज शक्ति लुप्त हो जाती है।

टेम्परिंग सामान्यीकृत इस्पात पर भी किया जा सकता है। टेम्परिंग की अन्य विधियों में विशिष्ट तापमान तक शमन करना सम्मिलित है, जो मार्टेंसाइट प्रारंभ तापमान से ऊपर है, और फिर इसे तब तक वहीं रखना है जब तक कि शुद्ध बैनाइट न बन जाए या आंतरिक तनाव से राहत न मिल जाए। इनमें आस्टेंपरिंग औरमारटेम्परिंग सम्मिलित हैं।^[21]

टेम्परिंग रंग

इस्पात के टेम्परिंग रंग

पॉलिश किया गया इस्पात गर्म होने पर ऑक्साइड की परतें बना देगा। अधिक विशिष्ट तापमान पर, लौह ऑक्साइड अधिक विशिष्ट मोटाई के साथ परत बनाएगा, जिससे पतली-फिल्म हस्तक्षेप होगा। इससे इस्पात की सतह पर रंग दिखाई देने लगते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, आयरन ऑक्साइड परत की मोटाई बढ़ती है और रंग परिवर्तित करता है।^[25] इन रंगों, जिन्हें टेम्परिंग रंग कहा जाता है, का उपयोग सदियों से धातु का तापमान मापने के लिए किया जाता रहा है।^[26]

350˚F (176˚C), हल्का पीलापन
400˚F (204˚C), हल्का-भूसा
440˚F (226˚C), डार्क-स्ट्रॉ
500˚F (260˚C), भूरा
540˚F (282˚C), बैंगनी
590˚F (310˚C), गहरा नीला
640˚F (337˚C), हल्का नीला^[26]

टेम्पर्ड इस्पात के अंतिम गुणों को आंकने के लिए टेम्परिंग रंगों का उपयोग किया जा सकता है। अधिक कठोर औजारों को प्रायः हल्के से गहरे भूसे की रेंज में टेम्परिंग लगाया जाता है, जबकि स्प्रिंग को प्रायः नीले रंग में टेम्परिंग लगाया जाता है। चूँकि, टेम्पर्ड इस्पात की अंतिम कठोरता इस्पात की संरचना के आधार पर भिन्न-भिन्न होगी। समान तापमान पर टेम्परिंग करने पर उच्च-कार्बन टूल इस्पात लचीला इस्पात (कम कार्बन) की अपेक्षा में अधिक कठोर रहेगा। समय के साथ ऑक्साइड फिल्म की मोटाई भी बढ़ेगी। इसलिए, अधिक लंबे समय तक 400˚F पर रखा गया इस्पात भूरा या बैंगनी रंग में परिवर्तित कर सकता है, अपितु हल्का भूसे का रंग उत्पन्न करने के लिए तापमान कभी भी आवश्यक तापमान से अधिक न हो। अंतिम परिणाम को प्रभावित करने वाले अन्य कारक सतह पर तेल की फिल्में और उपयोग किए गए ताप स्रोत के प्रकार हैं।^[26]

चयनात्मक तापोपचार

किसी वस्तु के भाग के गुणों को परिवर्तित करने के लिए कई तापोपचार विधियाँ विकसित की गई हैं। इनमें या तो किसी मिश्र धातु के विभिन्न क्षेत्रों को भिन्न-भिन्न दरों पर ठंडा करना, किसी स्थानीय क्षेत्र में शीघ्र से गर्म करना और फिर शमन करना, थर्मोकेमिकल प्रसार द्वारा, या किसी वस्तु के विभिन्न क्षेत्रों को भिन्न-भिन्न तापमान पर टेम्परिंग लगाना, जैसे कि विभेदक टेम्परिंग सम्मिलित होता है।

विभेदक हार्डनिंग

भिन्न प्रकार से कठोर कटाना। हैमोन (तलवारबाजी) के पश्चात चमकीली, लहरदार रेखा, जिसे निओई कहा जाता है, मार्टेंसिटिक किनारे को पर्लिटिक बैक से भिन्न करती है। इनसेट में निओई का क्लोज़-अप दिखाया गया है, जो पर्लाइट से घिरे व्यक्तिगत मार्टेंसाइट ग्रेन (नीये) से बना है। लकड़ी-ग्रेन की उपस्थिति विभिन्न रचनाओं की परतों से आती है।

कुछ प्रौद्योगिकीें ही वस्तु के विभिन्न क्षेत्रों को भिन्न-भिन्न तापोपचार प्राप्त करने की अनुमति देती हैं। इसे विभेदक हार्डनिंग कहा जाता है। यह उच्च गुणवत्ता वाले चाकू और तलवारों में सामान्य है। चीनी जियान इसके सबसे पूर्व ज्ञात उदाहरणों में से है, और जापानी कटाना सबसे व्यापक रूप से ज्ञात हो सकता है। नेपाली खुखरी इसका उदाहरण है। यह प्रौद्योगिकी कोमल बने रहने वाले क्षेत्रों को ढकने के लिए मिट्टी की परतों के जैसे इन्सुलेशन परत का उपयोग करती है। कठोर किए जाने वाले क्षेत्रों को संवृत छोड़ दिया जाता है, जिससे इस्पात के कुछ भाग ही पूर्ण रूप से से कठोर हो पाते हैं।

सतह हार्डनिंग

सतह हार्डनिंग का उपयोग धातु के केवल भाग को कठोर बनाने के लिए किया जाता है। विभेदक हार्डनिंग के विपरीत, जहां पूरे टुकड़े को गर्म किया जाता है और फिर भिन्न-भिन्न दरों पर ठंडा किया जाता है, लौ हार्डनिंग में, धातु के केवल भाग को शमन से पूर्व गर्म किया जाता है। यह सामान्य रूप से अंतर कठोर बनाने से सरल होता है, परन्तु प्रायः गर्म धातु और बिना गर्म की गई धातु के मध्य अधिक भंगुर क्षेत्र उत्पन्न करता है, क्योंकि इस ग्रीष्म से प्रभावित क्षेत्र के किनारे पर ठंडा होना अधिक तीव्र होता है।

प्रेरण हार्डनिंग

प्रेरण हार्डनिंग सतह कठोर बनाने की प्रौद्योगिकी है जिसमें प्रेरण ऊष्मन की संपर्क रहित विधि का उपयोग करके धातु की सतह को अधिक तीव्रता से गर्म किया जाता है। इसके पश्चात मिश्रधातु को बुझाया जाता है, जिससे सतह पर मार्टेंसाइट परिवर्तन होता है और अंतर्निहित धातु अपरिवर्तित रह जाती है। यह वस्तु के अधिकांश भाग में उचित कठोरता बनाए रखते हुए अधिक कठोर, वियर-रेसिस्टेंट सतह बनाता है। क्रैंकशाफ्ट जर्नल प्रेरण कठोर सतह का उचित उदाहरण हैं।^[27]

केस हार्डनिंग

केस हार्डनिंग थर्मोकेमिकल प्रसार प्रक्रिया है जिसमें मिश्रधातु तत्व, सामान्य रूप से कार्बन या नाइट्रोजन, अखंड धातु की सतह में विस्तृत जाता है। परिणामी अंतरालीय ठोस समाधान आधार सामग्री की अपेक्षा में कठिन होता है, जो कठोरता का त्याग किए बिना पहनने के प्रतिरोध में सुधार करता है।^[21]

लेजर सतह इंजीनियरिंग उच्च बहुमुखी प्रतिभा, चयनात्मकता और नवीन गुणों वाला सतह उपचार है। चूंकि लेजर उपचार में शीतलन दर अधिक होती है, इसलिए इस विधि द्वारा मेटास्टेबल यहां तक कि धातु का ग्लास भी प्राप्त किया जा सकता है।

ठंडा और क्रायोजेनिक उपचार

यद्यपि इस्पात को शमन से ऑस्टेनाइट मार्टेंसाइट में परिवर्तित हो जाता है, संपूर्ण ऑस्टेनाइट सामान्य रूप से परिवर्तित नहीं होता है। कुछ ऑस्टेनाइट क्रिस्टल मार्टेंसाइट फ़िनिश तापमान (M_f) के नीचे शमन के पश्चात भी अपरिवर्तित रहेंगे। धातु को अधिक कम तापमान तक धीरे-धीरे ठंडा करके ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में परिवर्तित किया जा सकता है। शीत उपचार में सामान्य रूप से इस्पात को -115˚F (-81˚C) तक ठंडा किया जाता है, परन्तु इससे पूर्ण ऑस्टेनाइट समाप्त नहीं होता है। क्रायोजेनिक उपचार में सामान्य रूप से अधिक कम तापमान तक ठंडा किया जाता है, प्रायः -315˚F (-192˚C) की सीमा में, अधिकांश ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में परिवर्तित करने के लिए।

ठंड और क्रायोजेनिक उपचार सामान्य रूप से शमन के तुरंत पश्चात, किसी भी टेम्परिंग से पूर्व किए जाते हैं, और इससे कठोरता बढ़ेगी, प्रतिरोध बढ़ेगा और धातु में आंतरिक तनाव कम होगा, परन्तु, क्योंकि यह वास्तव में शमन प्रक्रिया का विस्तार है, इससे संभावना बढ़ सकती है प्रक्रिया के समय दरार पड़ना। इस प्रक्रिया का उपयोग प्रायः उपकरण, बीयरिंग या अन्य वस्तुओं के लिए किया जाता है जिनके लिए वियर रेजिस्टेंस की आवश्यकता होती है। चूँकि, यह सामान्य रूप से केवल उच्च-कार्बन या उच्च-मिश्र धातु इस्पात्स में प्रभावी होता है जिसमें शमन के पश्चात 10% से अधिक ऑस्टेनाइट निरंतर रहता है।^[28]^[29]

डीकार्बराइजेशन

इस्पात को गर्म करने का उपयोग कभी-कभी कार्बन सामग्री को परिवर्तित करने की विधि के रूप में किया जाता है। जब इस्पात को ऑक्सीकरण वाले वातावरण में गर्म किया जाता है, तो ऑक्सीजन लोहे के साथ मिलकर आयरन-ऑक्साइड परत बनाती है, जो इस्पात को डीकार्बराइजेशन से बचाती है। चूँकि, जब इस्पात ऑस्टेनाइट में परिवर्तित कर जाता है, तो ऑक्सीजन लोहे के साथ मिलकर स्लैग बनाता है, जो डीकार्बराइजेशन से कोई सुरक्षा प्रदान नहीं करता है। स्लैग और स्केल का निर्माण वास्तव में डीकार्बराइजेशन को बढ़ाता है, क्योंकि इस्पात को ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में ले जाने के पश्चात भी आयरन ऑक्साइड ऑक्सीजन को डीकार्बराइजेशन जोन जैसे फोर्ज के कोयले के संपर्क में रखता है। इस प्रकार, कार्बन परमाणु कार्बन मोनोआक्साइड और कार्बन डाईऑक्साइड दोनों बनाने के लिए आसपास के स्केल और स्लैग के साथ संयोजन करना प्रारंभ कर देते हैं, जो हवा में निरंतर रहता है।

इस्पात में अपेक्षाकृत कम प्रतिशत कार्बन होता है, जो गामा आयरन के अंदर स्वप्रणाली रूप से स्थानांतरित हो सकता है। जब ऑस्टेनिटाइज्ड इस्पात लंबे समय तक हवा के संपर्क में रहता है, तो इस्पात में कार्बन की मात्रा कम हो सकती है। यह उससे विपरीत है जब इस्पात को कम करने वाले वातावरण में गर्म किया जाता है, जिसमें कार्बन धीरे-धीरे धातु में विस्तृत जाता है। ऑक्सीकरण वाले वातावरण में, कार्बन सरलता से बाहर विस्तृत सकता है, इसलिए ऑस्टेनिटाइज्ड इस्पात डीकार्बराइजेशन के लिए अतिसंवेदनशील होता है। इसका उपयोग प्रायः कास्ट इस्पात के लिए किया जाता है, जहां कास्टिंग के लिए उच्च कार्बन-सामग्री की आवश्यकता होती है, परन्तु निर्मित उत्पाद में कम कार्बन-सामग्री वांछित होती है। सफेद टेम्परिंग नामक प्रक्रिया में, इसे प्रायः कोमल कच्चा लोहा बनाने के लिए कच्चा लोहा पर उपयोग किया जाता है। डीकार्बराइज करने की यह प्रवृत्ति प्रायः लोहार जैसे अन्य कार्यों में समस्या होती है, जहां अधिक डीकार्बराइजेशन का अवरोध करने के लिए इस्पात को कम से कम समय के लिए ऑस्टेनाइज करना अधिक वांछनीय हो जाता है।^[30]

तापोपचार की विशिष्टता

सामान्य रूप से तापोपचार में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया के अतिरिक्त अंतिम स्थिति निर्दिष्ट की जाती है।^[31]

केस हार्डनिंग

आधुनिक, पूर्ण रूप से कम्प्यूटरीकृत केस हार्डनिंग भट्टी।

केस हार्डनिंग को कठोरता और केस की गहराई द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है। केस की गहराई को दो उपायों सम्पूर्ण केस की गहराई या प्रभावी केस की गहराई से निर्दिष्ट किया जा सकता है। सम्पूर्ण केस की गहराई केस की वास्तविक गहराई है। अधिकांश मिश्र धातुओं के लिए, प्रभावी केस की गहराई उस केस की गहराई होती है जिसकी कठोरता HRC50 के समान होती है; चूँकि, कुछ मिश्र धातुएँ प्रभावी केस गहराई पर भिन्न कठोरता (40-60 एचआरसी) निर्दिष्ट करती हैं; इसे टुकोन माइक्रोहार्डनेस टेस्टर पर परीक्षित किया जाता है। यह मान सम्पूर्ण केस की गहराई का 65% अनुमानित किया जा सकता है; चूँकि, रासायनिक संरचना और कठोरता इस सन्निकटन को प्रभावित कर सकती है। यदि किसी भी प्रकार की केस गहराई निर्दिष्ट नहीं की गई है तो सम्पूर्ण केस गहराई मान ली गई है।^[31]

कठोर भागों के केस में विनिर्देश में कम से कम ±0.005 in (0.13 mm) की सहनशीलता होनी चाहिए। यदि भाग को तापोपचार के पश्चात पीसना है, तो केस की गहराई पीसने के पश्चात मानी जाती है।^[31]

विनिर्देश के लिए उपयोग किया जाने वाला रॉकवेल कठोरता स्तर सम्पूर्ण केस की गहराई पर निर्भर करता है, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है। सामान्य रूप से, कठोरता को रॉकवेल C स्केल पर मापा जाता है, परन्तु यदि केस 0.030 in (0.76 mm) से कम है तो स्केल पर उपयोग किया गया भार केस के माध्यम से प्रवेश करेगा। पतले केस के लिए रॉकवेल सी का उपयोग करने से अनुचित रीडिंग आएगी।^[31]

विभिन्न केस गहराई के लिए आवश्यक रॉकवेल स्केल^[31]
सम्पूर्ण केस की गहराई, min. [in]	रॉकवेल स्केल
0.030	C
0.024	A
0.021	45 N
0.018	30 N
0.015	15 N
0.015 से कम	"फाइल हार्ड"

उन केस के लिए जो 0.015 in (0.38 mm) से कम हैं, मोटी रॉकवेल स्केल का विश्वसनीय रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है, इसलिएइसके स्थान पर फ़ाइल हार्ड निर्दिष्ट किया गया है।^[31]फ़ाइल हार्ड लगभग 58 एचआरसी के समान है।^[32]कठोरता निर्दिष्ट करते समय या तो सीमा दी जानी चाहिए या न्यूनतम कठोरता निर्दिष्ट की जानी चाहिए। यदि कोई सीमा निर्दिष्ट है तो कम से कम 5 अंक दिए जाने चाहिए।^[31]

हार्डनिंग के माध्यम से

हार्डनिंग के माध्यम से केवल कठोरता को सूचीबद्ध किया गया है। यह सामान्य रूप से कम से कम पांच-बिंदु सीमा के साथ एचआरसी के रूप में होता है।^[31]

एनीलिंग

एनीलिंग प्रक्रिया के लिए कठोरता को सामान्य रूप से एचआरबी स्तर पर अधिकतम मूल्य के रूप में सूचीबद्ध किया जाता है।^[31]यह ग्रेन के आकार को परिष्कृत करने, शक्ति में सुधार करने, अवशिष्ट तनाव को दूर करने और विद्युत चुम्बकीय गुणों को प्रभावित करने की प्रक्रिया है।

भट्टियों के प्रकार

तापोपचार के लिए उपयोग की जाने वाली भट्टियों को दो व्यापक श्रेणियों बैच भट्टियाँ और निरंतर भट्टियाँ में विभाजित किया जा सकता है। बैच भट्टियां सामान्य रूप से मैन्युअल रूप से लोड और अनलोड की जाती हैं, जबकि निरंतर भट्टियों में भट्ठी कक्ष में निरंतर लोड प्रदान करने के लिए स्वचालित संदेश प्रणाली होती है।^[33]

बैच भट्टियाँ

बैच प्रणाली में सामान्य रूप से इस्पात शेल के साथ इंसुलेटेड चैंबर, तापन प्रणाली और चैंबर तक पहुंच द्वार होता है।^[33]

बॉक्स-प्रकार की भट्ठी

कई बुनियादी बॉक्स-प्रकार की भट्टियों को एकीकृत क्वेंच टैंक और धीमी-ठंडा कक्षों के साथ अर्ध-निरंतर बैच भट्टी में अपग्रेड किया गया है। ये उन्नत भट्टियाँ ग्रीष्म-उपचार के लिए अधिक सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले उपकरण हैं।^[33]

कार-प्रकार की भट्ठी

बोगी चूल्हा के रूप में भी जाना जाता है, कार भट्टी अधिक बड़ी बैच भट्टी है। फर्श का निर्माण इंसुलेटेड चल कार के रूप में किया गया है जिसे लोडिंग और अनलोडिंग के लिए भट्ठी के अंदर और बाहर ले जाया जाता है। कार को सामान्य रूप से स्थिति में होने पर रेत सील या ठोस सील का उपयोग करके सील किया जाता है। पर्याप्त सील प्राप्त करने में कठिनाई के कारण, कार भट्टियों का उपयोग सामान्य रूप से गैर-वायुमंडलीय प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।

लिफ्ट-प्रकार की भट्ठी

द्रवयुक्त बेड तापोपचार लाइन

कार भट्ठी के प्रकार के समान, अतिरिक्त इसके कि कार और चूल्हे को भट्ठी के नीचे की स्थिति में घुमाया जाता है और मोटर चालित प्रणाली के माध्यम से उठाया जाता है, लिफ्ट भट्टियां अधिक भार को संभाल सकती हैं और प्रायः किसी बाहरी क्रेन (मशीन) और प्रणाली स्थानांतरण की आवश्यकता को समाप्त कर देती हैं।^[33]

बेल-प्रकार की भट्ठी

बेल भट्टियों में निकालने योग्य आवरण होते हैं जिन्हें बेल्स कहा जाता है, जिन्हें क्रेन द्वारा भार और चूल्हे के ऊपर उतारा जाता है। सुरक्षात्मक वातावरण प्रदान करने के लिए चूल्हे के ऊपर आंतरिक घंटी लगाई जाती है और उसे सील कर दिया जाता है। ग्रीष्म की आपूर्ति प्रदान करने के लिए बाहरी घंटी बजाई जाती है।^[33]

गड्ढे भट्टियाँ

वे भट्टियाँ जो गड्ढे में बनाई जाती हैं और फर्श के स्तर तक या उससे थोड़ा ऊपर तक विस्तृत होती हैं, गड्ढे भट्टियाँ कहलाती हैं। वर्कपीस को फिक्स्चर से लटकाया जा सकता है, टोकरियों में रखा जा सकता है, या भट्टी में बेस पर रखा जा सकता है। पिट भट्टियाँ लंबी ट्यूबों, शाफ्टों और छड़ों को ऊर्ध्वाधर स्थिति में गर्म करने के लिए उपयुक्त हैं। लोडिंग का यह उपाय न्यूनतम विरूपण प्रदान करता है।^[33]

सॉल्ट बाथ भट्टियाँ

सॉल्ट बाथ का उपयोग विभिन्न प्रकार की तापोपचार प्रक्रियाओं में किया जाता है, जिसमें न्यूट्रल हार्डनिंग, लिक्विड कार्बराइजिंग, सॉल्ट बाथ नाइट्राइडिंग, ऑस्टेम्परिंग, मार्टेम्परिंग और टेम्परिंग (धातुकर्म) सम्मिलित हैं।

भागों को पिघले हुए नमक के बर्तन में लोड किया जाता है जहां उन्हें चालन (ग्रीष्म) द्वारा गर्म किया जाता है, जिससे ग्रीष्म का उपलब्ध स्रोत प्राप्त है। किसी भाग का मुख्य तापमान सॉल्ट बाथ में उसकी सतह के तापमान के दर से बढ़ता है।^[33]

सॉल्ट बाथ तापोपचार के लिए विभिन्न प्रकार के नमक का उपयोग करता है, जिसमें साइनाइड नमक का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। संबंधित व्यावसायिक स्वास्थ्य और सुरक्षा के विषय में चिंताएं, और उनके पर्यावरणीय प्रभावों के कारण मूल्यवान अपशिष्ट प्रबंधन और निवारण ने वर्त्तमान वर्षों में सॉल्ट बाथ के उपयोग को कम आकर्षक बना दिया है। परिणाम, कई सॉल्ट बाथों को अधिक पर्यावरण अनुकूल द्रवीकृत बेड भट्टियों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।^[34]

द्रवीकृत बेड भट्टियां

द्रवयुक्त बेड में उच्च तापमान मिश्र धातु से बना बेलनाकार रिटॉर्ट होता है, जो रेत जैसे एल्यूमीनियम ऑक्साइड कण से भरा होता है। ऑक्साइड के माध्यम से गैस (वायु या नाइट्रोजन) को बबल्ड किया जाता है और रेत इस प्रकार से चलती है कि यह द्रव जैसा व्यवहार प्रदर्शित करती है, इसलिए इसे द्रवीकृत कहा जाता है। ऑक्साइड का ठोस-ठोस संपर्क पूर्ण भट्ठी में अधिक उच्च तापीय चालकता और उत्कृष्ट तापमान रूपता देता है, जो सॉल्ट बाथ में दिखाई देने वाली अपेक्षा के समान है।^[33]

यह भी देखें

संदर्भ

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अग्रिम पठन

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