टेम्परिंग एक गर्मी उपचार प्रक्रिया है जहां एक बुझी हुई वर्कपीस को A1 से नीचे के तापमान पर दोबारा गर्म किया जाता है, एक विशिष्ट समय के लिए रखा जाता है, और फिर कमरे के तापमान तक ठंडा किया जाता है। बुझे हुए स्टील का सीधे उपयोग नहीं किया जाना चाहिए; इसे तड़के से गुजरना होगा, जो स्टील की सूक्ष्म संरचना और गुणों को निर्धारित करता है और यह एक महत्वपूर्ण ताप उपचार कदम है।
3.1 टेम्परिंग का उद्देश्य
वांछित यांत्रिक गुण प्राप्त करने के लिए
शमन के बाद, वर्कपीस में उच्च कठोरता होती है लेकिन कम लचीलापन और क्रूरता होती है। विभिन्न भागों के लिए अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, शमन सूक्ष्म संरचना को संशोधित करने, कठोरता को समायोजित करने और भंगुरता को कम करने के लिए तड़के का उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वर्कपीस के वांछित यांत्रिक गुण प्राप्त होते हैं।
वर्कपीस आयामों को स्थिर करने के लिए
शमन के दौरान बनने वाले मार्टेंसाइट और बरकरार ऑस्टेनाइट अस्थिर संरचनाएं हैं जो समय के साथ विघटित हो सकती हैं, जिससे आयामी और आकार में परिवर्तन हो सकता है। टेम्परिंग बुझी हुई माइक्रोस्ट्रक्चर को एक स्थिर संरचना में बदल देती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि वर्कपीस उपयोग के दौरान अपने आयाम और आकार को बनाए रखता है।
शमन से आंतरिक तनाव को कम करने या समाप्त करने के लिए
शमन महत्वपूर्ण आंतरिक तनाव उत्पन्न करता है। यदि तड़के के माध्यम से तुरंत राहत नहीं दी गई, तो ये तनाव वर्कपीस को ख़राब कर सकते हैं या यहाँ तक कि दरार भी डाल सकते हैं।
3.2 बुझी हुई स्टील के टेम्परिंग के दौरान परिवर्तन
बुझी हुई मार्टेंसाइट और बरकरार ऑस्टेनाइट मेटास्टेबल चरण हैं जो कमरे के तापमान से ए 1 से नीचे तापमान पर टेम्पर्ड होने पर फेराइट और कार्बाइड में विघटित हो जाती हैं। विशिष्ट परिवर्तन तड़के के तापमान पर निर्भर करते हैं:
मार्टेंसाइट का अपघटन (200 डिग्री से कम या उसके बराबर)
जब 80 डिग्री से नीचे तापमान किया जाता है, तो मार्टेंसाइट में कार्बन परमाणुओं के समूहन को छोड़कर, कोई महत्वपूर्ण सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तन नहीं होता है। 80 डिग्री और 200 डिग्री के बीच, मार्टेंसाइट विघटित होना शुरू हो जाता है, जिसमें कार्बन परमाणु ε-कार्बाइड्स (Fe2.4C) के रूप में अवक्षेपित होते हैं, जिससे मार्टेंसाइट में कार्बन अधिसंतृप्ति कम हो जाती है और टेट्रागोनैलिटी कम हो जाती है। चूंकि तड़के का तापमान कम होता है, अतिरिक्त कार्बन का केवल एक हिस्सा अवक्षेपित होता है, जिससे मार्टेंसाइट -Fe में कार्बन के सुपरसैचुरेटेड ठोस घोल के रूप में निकल जाता है। बारीक ε-कार्बाइड्स को सुपरसैचुरेटेड-सॉलिड घोल के इंटरफेस के साथ फैलाया जाता है, जिससे एक सुसंगत संबंध बना रहता है (जहां चरण सीमाओं पर परमाणुओं को दो क्रिस्टल लैटिस द्वारा साझा किया जाता है)। कम सुपरसैचुरेटेड-ठोस घोल और ε-कार्बाइड से युक्त इस सूक्ष्म संरचना को टेम्पर्ड मार्टेंसाइट कहा जाता है। ε-कार्बाइड की महीन और अत्यधिक बिखरी हुई प्रकृति के कारण, 200 डिग्री से नीचे टेम्पर्ड होने पर स्टील की कठोरता में उल्लेखनीय कमी नहीं आती है। हालाँकि, ε-कार्बाइड की वर्षा जाली विरूपण को कम करती है, शमन तनाव को कम करती है और स्टील की प्लास्टिसिटी और कठोरता को थोड़ा बढ़ाती है।
बरकरार ऑस्टेनाइट का अपघटन (200 डिग्री -300 डिग्री)
बरकरार ऑस्टेनाइट अंडरकूल्ड ऑस्टेनाइट के समान है, इसलिए इसके तड़के परिवर्तन उत्पाद समान तापमान स्थितियों के तहत अंडरकूल्ड ऑस्टेनाइट के समान होते हैं, जो तापमान के आधार पर मार्टेंसाइट, बैनाइट या पर्लाइट बनाते हैं।
जब स्टील को 200 डिग्री और 300 डिग्री के बीच टेम्पर्ड किया जाता है, तो मार्टेंसाइट का विघटन जारी रहता है, और बचा हुआ ऑस्टेनाइट निचले बैनाइट में बदलना शुरू हो जाता है (200 डिग्री -300 डिग्री निचला बैनाइट परिवर्तन रेंज है)। इस तापमान सीमा पर, शमन तनाव और कम हो जाता है, लेकिन कठोरता में उल्लेखनीय गिरावट नहीं होती है।
कार्बाइड का परिवर्तन (250 डिग्री -450 डिग्री)
जब 250 डिग्री से ऊपर टेम्पर्ड किया जाता है, तो कार्बन परमाणुओं की बढ़ती प्रसार क्षमता के कारण ε-कार्बाइड धीरे-धीरे स्थिर सीमेंटाइट में बदल जाते हैं। 450 डिग्री तक, सभी ε-कार्बाइड अत्यधिक परिक्षिप्त सीमेंटाइट में परिवर्तित हो जाते हैं। कार्बन की निरंतर वर्षा ठोस घोल में कार्बन सामग्री को उसके संतुलन स्तर तक कम कर देती है, जिससे यह फेराइट में बदल जाता है, हालांकि इसका आकार सुई जैसा रहता है। सुई जैसे फेराइट और अत्यधिक फैले हुए सीमेंटाइट से बनी इस संरचना को टेम्पर्ड ट्रूस्टाइट कहा जाता है। 45 स्टील की टेम्पर्ड ट्रूस्टाइट संरचना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। इस बिंदु पर, स्टील की कठोरता कम हो जाती है, और इसकी कठोरता और प्लास्टिसिटी और अधिक बढ़ जाती है, शमन तनाव लगभग समाप्त हो जाता है।
सीमेंटाइट का एकत्रीकरण और विकास और फेराइट का पुनर्क्रिस्टलीकरण (450 डिग्री -700 डिग्री)
450 डिग्री से ऊपर, अत्यधिक फैला हुआ सीमेंटाइट धीरे-धीरे गोलाकार होकर बारीक कणों में बदल जाता है और जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ये कण बढ़ते जाते हैं। इसके साथ ही, फेराइट 500 डिग्री और 600 डिग्री के बीच पुन: क्रिस्टलीकृत होना शुरू हो जाता है, और लथ या सुई जैसी आकृतियों से बहुभुज अनाज में परिवर्तित हो जाता है।
बहुभुज फेराइट मैट्रिक्स पर वितरित दानेदार सीमेंटाइट से बनी इस संरचना को टेम्पर्ड सॉर्बाइट कहा जाता है। 45 स्टील की टेम्पर्ड सॉर्बाइट संरचना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। यदि तापमान को 650 डिग्री -ए1 तक बढ़ा दिया जाता है, तो दानेदार सीमेंटाइट मोटा हो जाता है, जिससे बहुभुज फेराइट और बड़े दानेदार सीमेंटाइट की एक सूक्ष्म संरचना बन जाती है, जिसे टेम्पर्ड पर्लाइट के रूप में जाना जाता है।
तड़के के दौरान बुझने वाले स्टील का परिवर्तन विभिन्न तापमान सीमाओं पर होता है। यहां तक कि एक ही तापमान पर भी कई प्रकार के परिवर्तन हो सकते हैं। टेम्पर्ड स्टील के गुण इन सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों पर निर्भर करते हैं, जो बदले में, इसके यांत्रिक प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। आम तौर पर, जैसे-जैसे तड़के का तापमान बढ़ता है, ताकत और कठोरता कम हो जाती है जबकि लचीलापन और कठोरता में सुधार होता है, उच्च तापमान पर ये परिवर्तन अधिक स्पष्ट हो जाते हैं।
3.3 टेम्परिंग के प्रकार और अनुप्रयोग
स्टील की सूक्ष्म संरचना और गुणों का निर्धारण करने वाला प्राथमिक कारक टेम्परिंग तापमान है। तापमान और परिणामी सूक्ष्म संरचना के आधार पर टेम्परिंग को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है:
निम्न-तापमान तापमान (150 डिग्री -250 डिग्री)
कम तापमान वाले तड़के से टेम्पर्ड मार्टेंसाइट का उत्पादन होता है। इसका उद्देश्य आंतरिक तनाव और भंगुरता को कम करते हुए, और लचीलेपन और क्रूरता में सुधार करते हुए बुझी हुई स्टील की उच्च कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बनाए रखना है। इस विधि का उपयोग मुख्य रूप से काटने के उपकरण, मापने के उपकरण, कोल्ड स्टैम्पिंग डाई, रोलिंग बियरिंग्स, कार्बराइज्ड भागों और सतह-बुझाने वाले भागों में उच्च-कार्बन और मिश्र धातु स्टील्स के लिए किया जाता है। तड़के के बाद कठोरता आमतौर पर 58-64 एचआरसी के बीच होती है।
मध्यम-तापमान तापमान (350 डिग्री -500 डिग्री)
इस विधि से टेम्पर्ड ट्रूस्टाइट प्राप्त होता है। इसका उद्देश्य उच्च उपज शक्ति, लोचदार सीमा और महत्वपूर्ण कठोरता प्राप्त करना है। मध्यम-तापमान तड़के का उपयोग मुख्य रूप से विभिन्न लोचदार घटकों और गर्म-कार्यशील डाई के लिए किया जाता है। तड़के के बाद कठोरता आम तौर पर 35-50 एचआरसी के बीच होती है।
उच्च तापमान तापमान (500 डिग्री -650 डिग्री)
यह विधि टेम्पर्ड सॉर्बाइट का उत्पादन करती है। लक्ष्य ताकत, कठोरता, लचीलापन और क्रूरता का संतुलन हासिल करना है। जब शमन और उच्च तापमान तड़के को मिला दिया जाता है, तो इस प्रक्रिया को आमतौर पर "शमन और तड़का" कहा जाता है। इसका उपयोग ऑटोमोबाइल, ट्रैक्टर और मशीन टूल्स (जैसे कनेक्टिंग रॉड्स, स्टड, गियर और ट्रांसमिशन शाफ्ट) के उत्पादन में महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटकों के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। तड़के के बाद कठोरता आम तौर पर 200-330 HBW के बीच होती है।
यद्यपि सामान्यीकरण और शमन-तड़के के बाद स्टील की कठोरता मान काफी समान हैं, उत्पादन में महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक आमतौर पर सामान्यीकरण के बजाय शमन-तड़के से गुजरते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि टेम्पर्ड सॉर्बाइट की सूक्ष्म संरचना में दानेदार सीमेंटाइट होता है, जबकि सामान्यीकरण से प्राप्त सॉर्बाइट में लैमेलर सीमेंटाइट होता है। इसलिए, शमन और टेम्पर्ड स्टील न केवल उच्च शक्ति प्रदर्शित करता है, बल्कि सामान्यीकृत अवस्था की तुलना में बेहतर लचीलापन और कठोरता भी रखता है।
शमन और तड़का अंतिम ताप उपचार प्रक्रिया के रूप में या सतह सख्त करने और रासायनिक ताप उपचार से पहले प्रारंभिक उपचार के रूप में काम कर सकता है। चूँकि टेम्पर्ड स्टील की कठोरता अधिक नहीं होती है, यह आसान मशीनिंग और कम सतह खुरदरापन मान की अनुमति देता है।
इन तीन सामान्य टेम्परिंग विधियों के अलावा, कुछ उच्च-मिश्र धातु स्टील्स गोलाकार एनीलिंग के विकल्प के रूप में टेम्पर्ड पर्लाइट प्राप्त करने के लिए A1 से 20 डिग्री -40 डिग्री नीचे उच्च तापमान नरम टेम्परिंग से गुजरते हैं।
टेम्परिंग के दौरान पूरी तरह से सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तन सुनिश्चित करने के लिए, सामग्री, तापमान, मोटाई, भार और हीटिंग विधि के आधार पर, वर्कपीस को पर्याप्त समय के लिए टेम्परिंग तापमान पर रखा जाना चाहिए, आमतौर पर 1 से 3 घंटे के बीच। तड़के के बाद शीतलन विधि का कार्बन स्टील के प्रदर्शन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है, लेकिन नए तनाव उत्पन्न होने से बचने के लिए, तड़के के बाद वर्कपीस को आमतौर पर हवा में धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है।
