तापोपचार (हीट ट्रीटिंग)

ताप उपचार भट्टी पर 1,800 °F (980 °C)

हीट ट्रीटमेंट (या हीट ट्रीटमेंट) औद्योगिक प्रक्रिया, थर्मल और मेटलवर्किंग का एक समूह है जिसका उपयोग भौतिक संपत्ति, और कभी-कभी रासायनिक संपत्ति, किसी सामग्री के गुणों को बदलने के लिए किया जाता है। सबसे आम अनुप्रयोग [[धातुकर्म]] है। ताप उपचार का उपयोग कांच जैसी कई अन्य सामग्रियों के निर्माण में भी किया जाता है। ताप उपचार में किसी सामग्री को सख्त या नरम करने जैसे वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए सामान्य रूप से अत्यधिक तापमान तक गर्म करने या ठंडा करने का उपयोग शामिल होता है। ताप उपचार तकनीकों में एनीलिंग (धातुकर्म), केस सख्त करना, वर्षा को मजबूत करना, तड़का लगाना (धातुकर्म), carburizing , सामान्यीकरण और शमन शामिल हैं। यद्यपि हीट ट्रीटमेंट शब्द केवल उन प्रक्रियाओं पर लागू होता है जहां गुणों को जानबूझकर बदलने के विशिष्ट उद्देश्य के लिए हीटिंग और कूलिंग की जाती है, हीटिंग और कूलिंग अक्सर अन्य विनिर्माण प्रक्रियाओं जैसे हॉट फॉर्मिंग या वेल्डिंग के दौरान संयोगवश होती है।

भौतिक प्रक्रियाएं

लोहे के एलोट्रोप्स, अल्फा आयरन (कम तापमान) और गामा आयरन (उच्च तापमान) के बीच जाली 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 खुला होता है।

धातु सामग्री में छोटे क्रिस्टल की एक सूक्ष्म संरचना होती है जिन्हें अनाज या स्फटिक कहा जाता है। अनाज की प्रकृति (यानी अनाज का आकार और संरचना) सबसे प्रभावी कारकों में से एक है जो धातु के समग्र यांत्रिक व्यवहार को निर्धारित कर सकती है। ताप उपचार सूक्ष्म संरचना के भीतर प्रसार की दर और शीतलन की दर को नियंत्रित करके धातु के गुणों में हेरफेर करने का एक कुशल तरीका प्रदान करता है। हीट ट्रीटमेंट का उपयोग अक्सर धातु मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों को बदलने, कठोरता, सामग्री की ताकत, क्रूरता, लचीलापन और लोच (भौतिकी) जैसे गुणों में हेरफेर करने के लिए किया जाता है।^[1]

दो तंत्र हैं जो गर्मी उपचार के दौरान मिश्र धातु के गुणों को बदल सकते हैं: मार्टेंसाईट के गठन से क्रिस्टल आंतरिक रूप से विरूपण (इंजीनियरिंग) का कारण बनता है, और प्रसार तंत्र मिश्र धातु की एकरूपता में परिवर्तन का कारण बनता है।^[2] क्रिस्टल संरचना में परमाणु होते हैं जिन्हें एक बहुत ही विशिष्ट व्यवस्था में समूहीकृत किया जाता है, जिसे जाली 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 अलग-अलग तापमानों पर कई बार हो सकती है। मिश्रधातुओं में, यह पुनर्व्यवस्था एक ऐसे तत्व का कारण बन सकती है जो सामान्य रूप से आधार धातु में घुलनशील नहीं होगा, अचानक घुलनशील हो जाएगा, जबकि एलोट्रॉपी के उलट होने से तत्व आंशिक रूप से या पूरी तरह से अघुलनशील हो जाएंगे।^[3] घुलनशील अवस्था में होने पर, प्रसार की प्रक्रिया के कारण घुले हुए तत्व के परमाणु फैल जाते हैं, जिससे आधार धातु के क्रिस्टल के भीतर एक 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 अवक्षेपण (रसायन विज्ञान) कहा जाता है, केंद्रक की ओर ले जाता है, जहां प्रवासी परमाणु अनाज-सीमाओं पर एक साथ समूहित होते हैं। यह एक सूक्ष्म संरचना बनाता है जिसमें आम तौर पर दो या दो से अधिक विशिष्ट चरण (पदार्थ) होते हैं।^[4] उदाहरण के लिए, स्टील जिसे औस्टेनाइजिंग तापमान (लाल से नारंगी-गर्म, या इसके आसपास) से ऊपर गर्म किया गया है 1,500 °F (820 °C) को 1,600 °F (870 °C)कार्बन सामग्री के आधार पर), और फिर धीरे-धीरे ठंडा होने पर, लोहे और सीमेन्टाईट के एलोट्रोप की वैकल्पिक परतों से बनी एक लेमिनेटेड संरचना बनती है, जो नरम मोती जैसा बन जाती है।^[5] स्टील को ऑस्टेनाईट austenite चरण तक गर्म करने और फिर इसे पानी में बुझाने के बाद, माइक्रोस्ट्रक्चर मार्टेंसिटिक चरण में होगा। यह इस तथ्य के कारण है कि स्टील शमन के बाद ऑस्टेनाइट चरण से मार्टेंसाइट चरण में बदल जाएगा। यदि क्वेंच ने तेजी से सभी स्टील को ठंडा नहीं किया तो कुछ पर्लाइट या फेराइट मौजूद 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, अनाज-सीमाओं पर न्यूक्लियेशन अक्सर क्रिस्टल मैट्रिक्स की संरचना को मजबूत करता है। ये धातुएँ वर्षा द्वारा कठोर हो जाती हैं। आमतौर पर तापमान के आधार पर एक धीमी प्रक्रिया, इसे अक्सर उम्र का सख्त होना कहा जाता है।^[6] कई धातुएं और गैर-धातुएं तेजी से ठंडा होने पर (तेल, पॉलिमर, पानी आदि जैसे बाहरी मीडिया के साथ) मार्टेंसाइट परिवर्तन प्रदर्शित करती हैं। जब किसी धातु को बहुत जल्दी 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 बदलता है, तो विलेय के परमाणु जाली के भीतर फंस जाते हैं। फंसे हुए परमाणु क्रिस्टल मैट्रिक्स को पूरी तरह से अपने कम तापमान वाले अलॉट्रोप में बदलने से रोकते हैं, जिससे जाली के भीतर कतरनी तनाव पैदा होता है। जब कुछ मिश्र धातुएं, जैसे कि स्टील, जल्दी से ठंडी हो जाती हैं, तो मार्टेंसाइट परिवर्तन धातु को कठोर कर देता है, जबकि अन्य, जैसे एल्यूमीनियम, मिश्र धातु नरम हो जाती है।^[7]^[8]

रचना का प्रभाव

लौह-कार्बन मिश्र धातु प्रणाली का चरण आरेख। विभिन्न रचनाओं (क्षैतिज अक्ष) के लिए अलग-अलग 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 आमतौर पर गर्मी उपचार के परिणामों पर बहुत प्रभाव डालती है। यदि प्रत्येक घटक का प्रतिशत बिल्कुल सही है, तो ठंडा होने पर मिश्र धातु एक एकल, निरंतर सूक्ष्म संरचना बनाएगी। ऐसे मिश्रण को यूटेक्टिक#यूटेक्टॉइड कहा जाता है। हालाँकि, यदि विलेय का प्रतिशत यूटेक्टॉइड मिश्रण से भिन्न होता है, तो दो या दो से अधिक विभिन्न सूक्ष्म संरचनाएँ आमतौर पर एक साथ बनेंगी। हाइपो यूटेक्टॉइड घोल में यूटेक्टॉइड मिश्रण की तुलना में कम विलेय होता है, जबकि हाइपरयूटेक्टॉइड घोल में अधिक होता है।^[9]

यूटेक्टॉइड मिश्रधातु

यूटेक्टॉइड (गलनक्रांतिक जैसा) मिश्र धातु व्यवहार में यूटेक्टिक मिश्र धातु के समान होता है। यूटेक्टिक मिश्रधातु की विशेषता यह है कि इसमें एकल गलनांक होता है। यह गलनांक किसी भी घटक की तुलना 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 एक ही तापमान पर अपने संबंधित चरणों में क्रिस्टलीकृत हो जाएंगे।

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

चूँकि पर्लाइट लोहे की तुलना में कठोर होता है, इसलिए प्राप्त होने वाली कोमलता की डिग्री आम तौर पर पर्लाइट द्वारा उत्पादित तक ही सीमित होती है। इसी प्रकार, कठोरता बहुत तेजी से ठंडा होने पर बनने वाली निरंतर मार्टेंसिटिक माइक्रोस्ट्रक्चर द्वारा सीमित होती है।^[10]

हाइपोयूटेक्टॉइड मिश्र धातु

एक हाइपोयूटेक्टिक मिश्रधातु के दो अलग-अलग गलनांक होते हैं। दोनों सिस्टम के लिए यूटेक्टिक गलनांक से ऊपर हैं लेकिन सिस्टम बनाने वाले किसी भी घटक के गलनांक से नीचे हैं। इन दो पिघलने बिंदुओं के बीच, मिश्र धातु आंशिक रूप से ठोस और आंशिक रूप से तरल के रूप में मौजूद रहेगी। उच्च गलनांक वाला घटक पहले जम जाएगा। जब पूरी तरह से जम जाता है, तो एक हाइपोयूटेक्टिक मिश्र धातु अक्सर एक ठोस घोल में होगी।

इसी प्रकार, हाइपोयूटेक्टॉइड मिश्र धातु में दो महत्वपूर्ण तापमान होते हैं, जिन्हें अरेस्ट कहा जाता है। इन दो तापमानों के बीच, मिश्र धातु आंशिक रूप से समाधान के रूप में और आंशिक रूप से एक अलग क्रिस्टलीकरण चरण के रूप में मौजूद रहेगी, जिसे प्रो यूटेक्टॉइड चरण कहा जाता है। इन दो तापमानों को ऊपरी (ए) कहा जाता है₃) और निचला (ए₁) परिवर्तन तापमान। जैसे ही घोल ऊपरी परिवर्तन तापमान से अघुलनशील अवस्था की ओर ठंडा होता है, अतिरिक्त आधार धातु अक्सर क्रिस्टलीकृत होने के लिए मजबूर 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 एक अलग सूक्ष्म संरचना के रूप में क्रिस्टलीकृत हो जाएगी।

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

हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु

हाइपरयूटेक्टिक मिश्रधातु के गलनांक भी अलग-अलग होते हैं। हालाँकि, इन बिंदुओं के बीच, उच्च गलनांक वाला घटक ही ठोस होगा। इसी प्रकार, एक हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु में दो महत्वपूर्ण तापमान होते हैं। ऊपरी परिवर्तन तापमान से हाइपरयूटेक्टॉइड मिश्र धातु को ठंडा करते समय, यह आमतौर पर अतिरिक्त विलेय होगा जो पहले क्रिस्टलीकृत होता है, जिससे प्रो-यूटेक्टॉइड बनता है। यह तब तक जारी रहता है जब तक कि शेष मिश्र धातु में सांद्रता यूटेक्टॉइड नहीं बन जाती, जो तब एक अलग सूक्ष्म संरचना में क्रिस्टलीकृत हो जाती है।

हाइपरयूटेक्टॉइड स्टील में 0.77% से अधिक कार्बन होता है। हाइपरयूटेक्टॉइड स्टील को धीरे-धीरे ठंडा करने पर, सीमेंटाइट पहले क्रिस्टलीकृत होना शुरू हो जाएगा। जब बचा हुआ स्टील संरचना में यूटेक्टॉइड बन जाता है, तो यह पर्लाइट में क्रिस्टलीकृत हो जाएगा। चूँकि सीमेंटाइट, पर्लाइट की तुलना में बहुत अधिक कठोर होता है, इसलिए मिश्रधातु में लचीलेपन की कीमत पर अधिक कठोरता होती है।^[9]^[11]

समय और तापमान का प्रभाव

स्टील के लिए समय-तापमान परिवर्तन (टीटीटी) आरेख। ऊपरी क्रांतिक (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 ताप उपचार के लिए तापमान, एक निश्चित तापमान पर रखे गए समय और शीतलन दर पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।^[12]

तनाव से राहत, तड़के और उम्र बढ़ने के अपवाद के साथ, अधिकांश ताप उपचार एक मिश्र धातु को एक निश्चित परिवर्तन, या गिरफ्तारी (ए), तापमान से परे गर्म करने से शुरू होते हैं। इस तापमान को गिरफ्तारी के रूप में जाना जाता है क्योंकि ए तापमान पर धातु हिस्टैरिसीस की अवधि का अनुभव करती है। इस बिंदु पर, सारी ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग क्रिस्टल परिवर्तन के लिए किया जाता है, इसलिए तापमान थोड़े समय के लिए बढ़ना बंद हो जाता है (रुक जाता है) और फिर परिवर्तन पूरा होने के बाद चढ़ना जारी रहता है।^[13] इसलिए, परिवर्तन होने के लिए मिश्र धातु को महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर गरम किया जाना चाहिए। मिश्र धातु को आमतौर पर इस तापमान पर काफी देर तक रखा जाएगा ताकि गर्मी पूरी तरह 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 A पर अचुंबकीय गामा-लोहे में बदल जाता है₂ तापमान, और वेल्डिंग डेल्टा-आयरन इसके ए पर₄ तापमान। हालाँकि, जैसे-जैसे कार्बन जुड़ता है, स्टील बनता जाता है, ए₂ तापमान ए में विभाजित हो जाता है₃ तापमान, जिसे ऑस्टेनाइजिंग तापमान भी कहा जाता है (सभी चरण ऑस्टेनाइट बन जाते हैं, गामा आयरन और कार्बन का एक घोल) और इसका ए₁ तापमान (ऑस्टेनाइट ठंडा होने पर पर्लाइट में बदल जाता है)। इन ऊपरी और निचले तापमानों के बीच ठंडा होने पर प्रो यूटेक्टॉइड चरण बनता है।

क्योंकि छोटे दाने का आकार आमतौर पर कठोरता, कतरनी शक्ति और तन्य शक्ति जैसे यांत्रिक गुणों को बढ़ाता है, इन धातुओं को अक्सर ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है जो ऊपरी महत्वपूर्ण तापमान से ठीक ऊपर होता है, ताकि घोल के दानों को बहुत बड़ा होने से रोका जा सके। उदाहरण के लिए, जब स्टील को ऊपरी क्रांतिक-तापमान से ऊपर गर्म किया जाता है, तो ऑस्टेनाइट के छोटे दाने बनते हैं। तापमान बढ़ने पर ये बड़े हो जाते हैं। जब बहुत जल्दी ठंडा किया जाता है, तो मार्टेंसाइट परिवर्तन के दौरान, ऑस्टेनाइट अनाज का आकार सीधे मार्टेंसाइट अनाज के आकार को प्रभावित करता है। बड़े अनाजों में बड़ी अनाज-सीमाएं होती हैं, जो संरचना में कमजोर स्थानों के रूप में काम करती हैं। टूटने की संभावना को कम करने के लिए आमतौर पर अनाज के आकार को नियंत्रित किया जाता है।^[14] प्रसार परिवर्तन बहुत समय पर निर्भर है। किसी धातु को ठंडा करने से आम तौर पर वर्षा बहुत कम तापमान तक दब जाएगी। उदाहरण के लिए, ऑस्टेनाइट आमतौर पर केवल ऊपरी क्रांतिक तापमान से ऊपर ही मौजूद होता है। हालाँकि, यदि ऑस्टेनाइट को जल्दी से ठंडा किया जाता है, तो परिवर्तन को निचले 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 अनाज 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] हालाँकि, मार्टेंसाइट परिवर्तन समय-स्वतंत्र है। यदि मिश्रधातु को मार्टेंसाइट परिवर्तन (एम) तक ठंडा किया जाता है_s) अन्य सूक्ष्म संरचनाओं के पूरी तरह से बनने से पहले का तापमान, परिवर्तन आमतौर पर ध्वनि की गति के ठीक नीचे होगा।^[16] जब ऑस्टेनाइट को ठंडा किया जाता है, लेकिन मार्टेंसाइट प्रारंभ तापमान एमएस से ऊपर रखा जाता है, ताकि मार्टेंसाइट परिवर्तन न हो, तो ऑस्टेनाइट के दाने के आकार का न्यूक्लियेशन की दर पर प्रभाव पड़ेगा, लेकिन यह आम तौर पर तापमान और शीतलन की दर है जो अनाज के आकार को नियंत्रित करती है। और सूक्ष्म संरचना. जब ऑस्टेनाइट को बहुत धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, तो यह सीमेंटाइट के गोलाकार समावेशन से भरे बड़े फेराइट क्रिस्टल का निर्माण करेगा। इस सूक्ष्म संरचना को स्फेरॉइडाइट कहा जाता है। अगर थोड़ा और तेजी से ठंडा किया जाए तो मोटे मोती का निर्माण हो जाएगा। इससे भी तेजी से और बारीक मोती का निर्माण होगा। यदि और भी तेजी 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 तरह, ये माइक्रोस्ट्रक्चर भी बनेंगे, अगर एक विशिष्ट तापमान पर ठंडा किया जाए और फिर एक निश्चित समय के लिए वहां रखा जाए।^[17] घोल बनाने के लिए अधिकांश अलौह मिश्र धातुओं को भी गर्म किया जाता है। अक्सर, इन्हें मार्टेंसाइट परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए बहुत तेज़ी से ठंडा किया जाता है, जिससे समाधान अतिसंतृप्ति अवस्था में आ जाता है। मिश्र धातु, बहुत नरम अवस्था में होने के कारण, फिर ठंडी हो सकती है। इससे कार्य सख्त हो जाता है जिससे मिश्रधातु की ताकत और कठोरता बढ़ जाती है। इसके अलावा, प्लास्टिक विरूपण के कारण होने वाले दोष वर्षा को तेज करते हैं, जिससे मिश्र धातु के लिए कठोरता सामान्य से अधिक बढ़ जाती है। भले ही ठंडा काम न किया गया हो, इन मिश्र धातुओं में विलेय आमतौर पर अवक्षेपित हो जाएंगे, हालांकि इस प्रक्रिया में अधिक समय लग सकता है। कभी-कभी इन धातुओं को ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है जो निम्न क्रांतिक (ए) से नीचे होता है₁) वर्षा को तेज़ करने के लिए तापमान, पुनः क्रिस्टलीकरण को रोकना।^[18]^[19]^[20]

गर्मी उपचार के प्रकार

12 घंटे की प्रक्रिया के बाद स्टील कास्टिंग 1,200 °C (2,190 °F) ताप उपचार.

किसी मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों को अनुकूलित करने के लिए जटिल ताप उपचार कार्यक्रम, या चक्र, अक्सर धातुविदों द्वारा तैयार किए जाते हैं। एयरोस्पेस उद्योग में, एक सुपरअलॉय को वांछित गुणों को विकसित करने के लिए पांच या अधिक विभिन्न ताप उपचार कार्यों से गुजरना पड़ सकता है।^{[citation needed]} इससे भट्ठी के तापमान नियंत्रण और टाइमर की सटीकता के आधार पर गुणवत्ता संबंधी समस्याएं हो सकती हैं। इन ऑपरेशनों को आमतौर पर कई बुनियादी तकनीकों में विभाजित किया जा सकता है।

एनीलिंग

एनीलिंग में धातु को एक विशिष्ट तापमान तक गर्म करना और फिर उस दर पर ठंडा करना शामिल है जो एक परिष्कृत माइक्रोस्ट्रक्चर का उत्पादन करेगा, जो घटकों को पूरी तरह या आंशिक रूप से अलग करेगा। शीतलन की दर सामान्यतः धीमी होती है। एनीलिंग का उपयोग अक्सर ठंडे काम के लिए धातु को नरम करने, मशीनीकरण में सुधार करने, या विद्युत चालकता जैसे गुणों को बढ़ाने के लिए किया जाता है।

लौह मिश्र धातुओं में, एनीलिंग आमतौर पर धातु को ऊपरी महत्वपूर्ण तापमान से परे गर्म करके और फिर बहुत धीरे-धीरे ठंडा करके पूरा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पर्लाइट का निर्माण होता है। शुद्ध धातुओं और कई मिश्र धातुओं में जिनका ताप उपचार नहीं किया जा सकता है, ठंड से काम 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 की मरम्मत हो सके। इन धातुओं में, शीतलन की दर पर आमतौर पर बहुत कम प्रभाव पड़ेगा। अधिकांश अलौह मिश्रधातुएँ जो ताप-उपचार योग्य होती हैं, उन्हें ठंड से काम करने की कठोरता से राहत देने के लिए भी एनील्ड किया जाता है। इन्हें धीरे-धीरे ठंडा किया जा सकता है ताकि घटकों की पूरी वर्षा हो सके और एक परिष्कृत सूक्ष्म संरचना तैयार हो सके।

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

सामान्यीकरण

सामान्यीकरण एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग मिश्र धातु में अनाज के आकार और संरचना (समकक्ष क्रिस्टल) में एकरूपता प्रदान करने के लिए किया जाता है। इस शब्द का प्रयोग अक्सर लौह मिश्र धातुओं के लिए किया जाता है जिनका ऑस्टेनाइट#ऑस्टेनिटाइजेशन किया गया है और फिर खुली हवा में ठंडा किया गया है।^[21]सामान्यीकरण से न केवल पर्लाइट बल्कि मार्टेंसाइट और कभी-कभी बैनाइट का भी उत्पादन होता है, जो सख्त और मजबूत स्टील देता है लेकिन पूर्ण एनीलिंग की तुलना में समान संरचना के लिए कम लचीलापन के साथ।

सामान्यीकरण प्रक्रिया में स्टील 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।

तनाव से राहत

तनाव-मुक्ति धातु में उत्पन्न आंतरिक तनाव को दूर करने या कम करने की एक तकनीक है। ये तनाव कई तरीकों से हो सकते हैं, जिनमें ठंड से काम करने से लेकर गैर-समान शीतलन तक शामिल है। तनाव-मुक्ति आमतौर पर किसी धातु को कम क्रांतिक तापमान से नीचे गर्म करके और फिर समान रूप से ठंडा करके पूरा किया जाता है।^[21]वेल्डिंग प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न सभी तनावों को दूर करने के लिए, तनाव से राहत का उपयोग आमतौर पर एयर टैंक, बॉयलर और अन्य दबाव वाहिकाओं जैसी वस्तुओं पर किया जाता है।^[22]

उम्र बढ़ना

कुछ धातुओं को अवक्षेपण सख्त करने वाली धातुओं के रूप में वर्गीकृत किया गया है। जब अवक्षेपण सख्त करने वाले मिश्रधातु को बुझाया जाता है, तो इसके मिश्रधातु तत्व घोल में फंस जाएंगे, जिसके परिणामस्वरूप एक नरम धातु बनेगी। घोलित धातु की उम्र बढ़ने से मिश्रधातु तत्वों को माइक्रोस्ट्रक्चर के माध्यम से फैलने और इंटरमेटेलिक कणों का निर्माण करने की अनुमति मिल जाएगी। ये इंटरमेटालिक कण न्यूक्लियेट हो जाएंगे और घोल से बाहर गिर जाएंगे और एक मजबूत चरण के रूप में कार्य करेंगे, जिससे मिश्र धातु की ताकत बढ़ जाएगी। मिश्रधातुएं स्वाभाविक रूप से पुरानी हो सकती हैं, जिसका अर्थ है कि अवक्षेप कमरे के तापमान पर बनते हैं, या वे कृत्रिम रूप से पुराने हो सकते हैं जब अवक्षेप केवल ऊंचे तापमान पर बनते हैं। कुछ अनुप्रयोगों में, स्वाभाविक रूप से उम्र बढ़ने वाले मिश्र धातुओं को आगे के संचालन के बाद तक सख्त होने से रोकने के लिए फ्रीजर में संग्रहित किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, रिवेट्स की असेंबली, नरम भाग के साथ आसान हो सकती है।

वर्षण सख्त करने वाली मिश्रधातुओं के उदाहरणों में 2000 श्रृंखला, 6000 श्रृंखला और 7000 श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु, साथ ही कुछ सुपरअलॉय और कुछ स्टेनलेस स्टील शामिल हैं। उम्र बढ़ने के कारण कठोर होने वाले स्टील को आम तौर पर मार्टेंसाइट एजिंग शब्द के संयोजन से मैरेजिंग स्टील कहा जाता है।^[21]

बुझाना

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

शमन द्वारा सख्त करने के लिए, किसी धातु (आमतौर पर स्टील या कच्चा लोहा) को ऊपरी क्रांतिक तापमान (स्टील: 815 ~ 900 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) से ऊपर गरम किया जाना चाहिए।^[23]) और फिर जल्दी से ठंडा हो गया। मिश्र धातु और अन्य विचारों (जैसे कि अधिकतम कठोरता बनाम क्रैकिंग और विरूपण के लिए चिंता) के आधार पर, पृथ्वी के वायुमंडल या अन्य गैसों (जैसे नाइट्रोजन) के साथ ठंडा किया जा सकता है। उनकी बेहतर तापीय चालकता के कारण तरल पदार्थों का उपयोग किया जा सकता है, जैसे तेल, पानी, पानी में घुला हुआ पॉलीमर या नमकीन पानी। तेजी से ठंडा होने पर, ऑस्टेनाइट का एक हिस्सा (मिश्र धातु संरचना पर निर्भर) मार्टेंसाइट में बदल जाएगा, जो एक कठोर, भंगुर क्रिस्टलीय संरचना है। किसी धातु की शमन कठोरता उसकी रासायनिक संरचना और शमन विधि पर निर्भर करती है। शीतलन गति, सबसे तेज़ से सबसे धीमी तक, नमकीन पानी, पॉलिमर (यानी पानी + ग्लाइकोल पॉलिमर का मिश्रण), मीठे पानी, तेल और मजबूर हवा से होती है। हालाँकि, कुछ स्टील को बहुत तेजी से बुझाने से क्रैकिंग हो सकती है, यही कारण है कि एआईएसआई 4140 जैसे उच्च तन्यता वाले स्टील को तेल में बुझाना चाहिए, आईएसओ 1.2767 या एच 13 हॉट वर्क औजारों का स्टील जैसे टूल स्टील को मजबूर हवा में बुझाना चाहिए, और कम मिश्र धातु या मध्यम-तन्यता वाले स्टील जैसे XK1320 या AISI 1040 को नमकीन पानी में बुझाया जाना चाहिए।

कुछ बीटा टाइटेनियम आधारित मिश्र धातुओं ने भी तेजी से शीतलन के माध्यम से बढ़ी हुई ताकत के समान रुझान दिखाए हैं।^[24] हालाँकि, अधिकांश अलौह धातुएँ, जैसे तांबा, एल्यूमीनियम, या निकल की मिश्र धातुएँ, और कुछ उच्च मिश्र धातु वाले स्टील जैसे कि ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील (304, 316), जब इन्हें बुझाया जाता है तो विपरीत प्रभाव पैदा करते हैं: वे नरम हो जाते हैं। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स को पूरी तरह से संक्षारण प्रतिरोधी बनने के लिए बुझाया जाना चाहिए, क्योंकि वे काफी कठोर होते हैं।^[21]

तड़का लगाना

अनटेम्पर्ड मार्टेंसिटिक स्टील, हालांकि बहुत कठोर है, अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी होने के लिए बहुत भंगुर है। इस समस्या को दूर करने की विधि को तड़का कहा जाता है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक है कि बुझे हुए हिस्सों को तड़का लगाया जाए। टेम्परिंग में कुछ कठोरता प्रदान करने के लिए स्टील को निचले महत्वपूर्ण तापमान (अक्सर 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 शायद 1,300˚F या 700˚C तक) का उपयोग कभी-कभी अधिक लचीलापन प्रदान करने के लिए किया जाता है, हालांकि सामग्री की कुछ उपज शक्ति खो जाती है।

टेम्परिंग सामान्यीकृत स्टील्स पर भी किया जा सकता है। तड़के की अन्य विधियों में एक विशिष्ट तापमान तक शमन करना शामिल 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 और मारटेम्परिंग शामिल हैं।^[21]

तड़के वाले रंग

स्टील के टेम्परिंग रंग

ताजा पिसा या पॉलिश किया गया स्टील गर्म होने पर ऑक्साइड की परतें बना देगा। एक बहुत ही विशिष्ट तापमान पर, लौह ऑक्साइड एक बहुत ही विशिष्ट मोटाई के साथ एक परत बनाएगा, जिससे पतली-फिल्म हस्तक्षेप होगा। इससे स्टील की सतह पर रंग दिखाई देने लगते हैं। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, आयरन ऑक्साइड परत की मोटाई बढ़ती है और रंग बदलता 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 स्टील के अंतिम गुणों को आंकने के लिए टेम्परिंग रंगों का उपयोग किया जा सकता है। बहुत कठोर औजारों को अक्सर हल्के से गहरे भूसे की रेंज में तड़का लगाया जाता है, जबकि स्प्रिंग को अक्सर नीले रंग में तड़का लगाया जाता है। हालाँकि, टेम्पर्ड स्टील की अंतिम कठोरता स्टील की संरचना के आधार पर अलग-अलग होगी। समान तापमान पर टेम्परिंग करने पर उच्च-कार्बन टूल स्टील लचीला इस्पात (थोड़ा कम कार्बन) की तुलना में अधिक सख्त रहेगा। समय के साथ ऑक्साइड फिल्म की मोटाई भी बढ़ेगी। इसलिए, बहुत लंबे समय तक 400˚F पर रखा गया स्टील भूरा या बैंगनी रंग में बदल सकता है, भले ही हल्का भूसे का रंग पैदा 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 ताप उपचार

किसी वस्तु के केवल एक हिस्से के गुणों को बदलने के लिए कई ताप उपचार विधियाँ विकसित की गई हैं। इनमें या तो किसी मिश्र धातु के विभिन्न क्षेत्रों को अलग-अलग दरों पर ठंडा करना, किसी स्थानीय क्षेत्र में जल्दी से गर्म करना और फिर शमन करना, थर्मोकेमिकल प्रसार द्वारा, या किसी वस्तु के विभिन्न क्षेत्रों को अलग-अलग तापमान पर तड़का लगाना शामिल होता है, जैसे कि विभेदक तड़का।^{[citation needed]}

विभेदक सख्तीकरण

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

कुछ तकनीकें एक ही वस्तु के विभिन्न क्षेत्रों को अलग-अलग ताप उपचार प्राप्त करने की अनुमति देती हैं। इसे विभेदक सख्तीकरण कहा जाता है। यह उच्च गुणवत्ता वाले चाकू और तलवारों में आम है। चीनी जियान इसके सबसे पहले ज्ञात उदाहरणों में से एक है, और जापानी कटाना सबसे व्यापक रूप से ज्ञात हो सकता है। नेपाली मुझे माफ़ करें इसका एक और उदाहरण है। यह तकनीक नरम बने रहने वाले क्षेत्रों को ढकने के लिए मिट्टी की परतों की तरह एक इन्सुलेशन परत का उपयोग करती है। सख्त किए जाने वाले क्षेत्रों को खुला छोड़ दिया जाता है, जिससे स्टील के केवल कुछ हिस्से ही पूरी तरह से सख्त हो पाते हैं।^{[citation needed]}

ज्वा सख्त होना

ज्वाला सख्तीकरण का उपयोग धातु के केवल एक हिस्से को सख्त करने के लिए किया जाता है। विभेदक सख्तीकरण के विपरीत, जहां पूरे टुकड़े को गर्म किया जाता है और फिर अलग-अलग दरों पर ठंडा किया जाता है, लौ सख्तीकरण में, धातु के केवल एक हिस्से को बुझाने से पहले गर्म किया जाता है। यह आम तौर पर अंतर सख्त करने से आसान होता है, लेकिन अक्सर गर्म धातु और बिना गर्म की गई धातु के बीच एक बेहद भंगुर क्षेत्र पैदा करता है, क्योंकि इस गर्मी से प्रभावित क्षेत्र के किनारे पर ठंडा होना बेहद तेज होता है।^{[citation needed]}

प्रेरण सख्तन

इंडक्शन हार्डनिंग एक सतह सख्त करने की तकनीक है जिसमें प्रेरण ऊष्मन की संपर्क रहित विधि का उपयोग करके धातु की सतह को बहुत तेज़ी से गर्म किया जाता है। इसके बाद 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 एक बहुत ही कठोर, पहनने-प्रतिरोधी सतह बनाता है। क्रैंकशाफ्ट जर्नल प्रेरण कठोर सतह का एक अच्छा उदाहरण हैं।^[27]

केस सख्त होना

केस हार्डनिंग एक थर्मोकेमिकल प्रसार प्रक्रिया है जिसमें एक मिश्रधातु तत्व, आमतौर पर कार्बन या नाइट्रोजन, एक अखंड धातु की सतह में फैल जाता है। परिणामी अंतरालीय ठोस समाधान आधार सामग्री की तुलना 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 एक सतह उपचार है। चूंकि लेजर उपचार में शीतलन दर बहुत 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 स्टील को बुझाने से ऑस्टेनाइट मार्टेंसाइट में परिवर्तित हो जाता है, संपूर्ण ऑस्टेनाइट आमतौर पर परिवर्तित नहीं होता है। कुछ ऑस्टेनाइट क्रिस्टल मार्टेंसाइट फ़िनिश (एम) के नीचे शमन के बाद भी अपरिवर्तित रहेंगे_f) तापमान। धातु को बेहद कम तापमान तक धीरे-धीरे ठंडा करके ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में परिवर्तित किया जा सकता है। शीत उपचार में आम तौर पर स्टील को -115˚F (-81˚C) तक ठंडा किया जाता है, लेकिन इससे पूरा ऑस्टेनाइट समाप्त नहीं होता है। क्रायोजेनिक उपचार में आमतौर पर बहुत कम तापमान तक ठंडा किया जाता है, अक्सर -315˚F (-192˚C) की सीमा में, अधिकांश ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में बदलने के लिए।

ठंड और क्रायोजेनिक उपचार आम तौर पर शमन के तुरंत बाद, किसी भी तड़के से पहले किए जाते हैं, और इससे कठोरता बढ़ेगी, प्रतिरोध बढ़ेगा और धातु में आंतरिक तनाव कम होगा, लेकिन, क्योंकि यह वास्तव में शमन प्रक्रिया का विस्तार है, इससे संभावना बढ़ सकती है प्रक्रिया के दौरान दरार पड़ना। इस प्रक्रिया का उपयोग अक्सर उपकरण, बीयरिंग या अन्य वस्तुओं के लिए किया जाता है जिनके लिए अच्छे पहनने के प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। हालाँकि, यह आमतौर पर केवल उच्च-कार्बन या उच्च-मिश्र धातु स्टील्स में प्रभावी होता है जिसमें शमन के बाद 10% से अधिक ऑस्टेनाइट बरकरार रहता है।^[28]^[29]

डीकार्बराइजेशन

स्टील को गर्म करने का उपयोग कभी-कभी कार्बन सामग्री को बदलने की एक विधि के रूप में किया जाता है। जब स्टील को ऑक्सीकरण वाले वातावरण में गर्म किया जाता है, तो ऑक्सीजन लोहे के साथ मिलकर आयरन-ऑक्साइड परत बनाती है, जो स्टील को डीकार्बराइजेशन से बचाती है। हालाँकि, जब स्टील ऑस्टेनाइट में बदल 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 स्टील को ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में ले जाने के बाद भी आयरन ऑक्साइड ऑक्सीजन को डीकार्बराइजेशन जोन के संपर्क में रखता है, जैसे फोर्ज के कोयले। इस प्रकार, कार्बन परमाणु कार्बन मोनोआक्साइड और कार्बन डाईऑक्साइड दोनों बनाने के लिए आसपास के स्केल और स्लैग के साथ संयोजन करना शुरू कर देते हैं, जो हवा में जारी होता है।

स्टील में अपेक्षाकृत कम प्रतिशत कार्बन होता है, जो गामा आयरन के भीतर स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित हो सकता है। जब ऑस्टेनिटाइज्ड स्टील लंबे समय तक हवा के संपर्क में रहता है, तो स्टील में कार्बन की मात्रा कम हो सकती है। यह उससे विपरीत है जब स्टील को कम करने वाले वातावरण में गर्म किया जाता है, जिसमें कार्बन धीरे-धीरे धातु में फैल जाता है। ऑक्सीकरण वाले वातावरण में, कार्बन आसानी से बाहर फैल सकता है, इसलिए ऑस्टेनिटाइज्ड स्टील डीकार्बराइजेशन के लिए अतिसंवेदनशील होता है। इसका उपयोग अक्सर कास्ट स्टील के लिए किया जाता है, जहां कास्टिंग के लिए उच्च कार्बन-सामग्री की आवश्यकता होती है, लेकिन तैयार उत्पाद में कम कार्बन-सामग्री वांछित होती है। सफेद टेम्परिंग नामक प्रक्रिया में, इसे अक्सर नरम कच्चा लोहा बनाने के लिए कच्चा लोहा पर उपयोग किया जाता है। डीकार्बराइज करने की यह प्रवृत्ति अक्सर लोहार जैसे अन्य कार्यों में एक समस्या होती है, जहां बहुत अधिक डीकार्बराइजेशन को रोकने के लिए स्टील को कम से कम समय के लिए ऑस्टेनाइज करना अधिक वांछनीय हो जाता है।^[30]

गर्मी उपचार की विशिष्टता

आमतौर पर ताप उपचार में उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया के बजाय अंतिम स्थिति निर्दिष्ट की जाती है।^[31]

केस सख्त होना

एक आधुनिक, पूरी तरह कम्प्यूटरीकृत केस हार्डनिंग भट्टी।

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

कठोर भागों के मामले में विनिर्देश में कम से कम ± की सहनशीलता होनी चाहिए0.005 in (0.13 mm). यदि भाग को ताप उपचार के बाद पीसना है, तो केस की गहराई पीसने के बाद मानी जाती है।^[31]

विनिर्देश के लिए उपयोग किया जाने वाला रॉकवेल कठोरता पैमाना कुल केस की गहराई पर निर्भर करता है, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है। आमतौर पर, कठोरता को रॉकवेल सी स्केल पर मापा जाता है, लेकिन यदि केस इससे कम है तो स्केल पर इस्तेमाल किया गया भार केस के माध्यम से प्रवेश करेगा 0.030 in (0.76 mm). पतले केस के लिए रॉकवेल सी का उपयोग करने से गलत रीडिंग आएगी।^[31]

Rockwell scale required for various case depths^[31]
Total case depth, min. [in]	Rockwell scale
0.030	C
0.024	A
0.021	45 N
0.018	30 N
0.015	15 N
Less than 0.015	"File hard"

उन मामलों के लिए जो इससे कम हैं 0.015 in (0.38 mm) मोटी रॉकवेल स्केल का विश्वसनीय रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है, इसलिए{{visible anchor|file hard}इसके स्थान पर } निर्दिष्ट किया गया है।^[31]फ़ाइल हार्ड लगभग 58 एचआरसी के बराबर है।^[32] कठोरता निर्दिष्ट करते समय या तो एक 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]

सख्त करने के माध्यम से

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

एनीलिंग

एनीलिंग प्रक्रिया के लिए कठोरता को आमतौर पर एचआरबी पैमाने पर अधिकतम मूल्य के रूप में सूचीबद्ध किया जाता है।^[31]यह अनाज के आकार को परिष्कृत करने, ताकत में सुधार करने, अवशिष्ट तनाव को दूर करने और विद्युत चुम्बकीय गुणों को प्रभावित करने की एक प्रक्रिया है...

भट्टियों के प्रकार

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

बैच भट्टियाँ

बैच सिस्टम में आमतौर पर स्टील शेल के साथ एक इंसुलेटेड चैंबर, एक 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 गर्मी-उपचार के लिए बहुत ही 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 एक बहुत बड़ी बैच भट्टी है। फर्श का निर्माण एक 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 आमतौर पर 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 आमतौर पर गैर-वायुमंडलीय प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है।^{[citation needed]}

लिफ्ट-प्रकार की भट्ठी

द्रवयुक्त बिस्तर ताप उपचार लाइन

कार भट्ठी के प्रकार के समान, सिवाय इसके कि कार और चूल्हे को भट्ठी के नीचे की स्थिति में घुमाया जाता है और मोटर चालित तंत्र के माध्यम से उठाया जाता है, लिफ्ट भट्टियां बड़े भारी भार को संभाल सकती हैं और अक्सर किसी बाहरी क्रेन (मशीन) की आवश्यकता को खत्म कर देती हैं )एस और स्थानांतरण तंत्र।^[33]

बेल-प्रकार की भट्ठी

बेल भट्टियों में हटाने योग्य आवरण होते हैं जिन्हें बेल्स कहा जाता है, जिन्हें क्रेन द्वारा भार और चूल्हे के ऊपर उतारा जाता है। एक सुरक्षात्मक वातावरण प्रदान करने के लिए चूल्हे के ऊपर एक आंतरिक घंटी लगाई जाती है और उसे सील कर दिया जाता है। गर्मी की आपूर्ति प्रदान करने के लिए एक 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 फैली 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 पकड़कर गर्म करने के लिए उपयुक्त हैं। लोडिंग का यह तरीका न्यूनतम विरूपण प्रदान करता है।^[33]

नमक स्नान भट्टियाँ

नमक स्नान का उपयोग विभिन्न प्रकार की गर्मी उपचार प्रक्रियाओं में किया जाता है, जिसमें तटस्थ सख्त होना, तरल कार्बराइजिंग, नाइट्राइडिंग # नमक स्नान नाइट्राइडिंग, ऑस्टेम्परिंग, मार्टेम्परिंग और टेम्परिंग (धातुकर्म) शामिल हैं।

भागों को पिघले हुए नमक के एक बर्तन में लोड किया जाता है जहां उन्हें चालन (गर्मी) द्वारा गर्म किया जाता है, जिससे गर्मी का बहुत आसानी से उपलब्ध स्रोत मिलता है। किसी हिस्से का मुख्य तापमान नमक स्नान में उसकी सतह के तापमान के लगभग उसी दर से बढ़ता है।^[33]

नमक स्नान गर्मी उपचार 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 बारे में चिंताएं, और उनके पर्यावरणीय प्रभावों के कारण महंगे अपशिष्ट प्रबंधन और निपटान ने हाल के वर्षों में नमक स्नान के उपयोग को कम आकर्षक बना दिया है। नतीजतन, कई नमक स्नानों को अधिक पर्यावरण अनुकूल द्रवीकृत बिस्तर भट्टियों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।^[34]

द्रवीकृत बिस्तर भट्टियां

एक द्रवयुक्त बिस्तर में उच्च तापमान मिश्र धातु से बना एक बेलनाकार करारा जवाब होता है, जो रेत जैसे एल्यूमीनियम ऑक्साइड कण से भरा होता है। ऑक्साइड के माध्यम से गैस (वायु या नाइट्रोजन) को बुलबुला किया जाता है और रेत इस तरह से चलती है कि यह द्रव जैसा व्यवहार प्रदर्शित करती है, इसलिए इसे द्रवीकृत कहा जाता है। ऑक्साइड का ठोस-ठोस संपर्क पूरी भट्ठी में बहुत उच्च तापीय चालकता और उत्कृष्ट तापमान एकरूपता देता है, जो नमक स्नान में दिखाई देने वाली तुलना के बराबर है।^[33]

यह भी देखें

संदर्भ

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