ऑस्टेनाइट गठन इस्पात गर्मी उपचार में "स्रोत कड़ी" है। यह स्वाभाविक रूप से कमरे के तापमान पर एक अस्थिर चरण है (आमतौर पर मार्टेंसाइट, पर्लाइट,या शीतलन के दौरान चरण परिवर्तन के माध्यम से अन्य सूक्ष्म संरचनाओं)हालांकि, इसकेगठन की गुणवत्ता (कण आकार, एकरूपता, कार्बन/मिश्रण तत्व सामग्री और स्थिरता)सीधे बाद के चरण परिवर्तन उत्पादों की सूक्ष्म संरचना निर्धारित करता है जो बदले में मूलभूत रूप से स्टील के उत्पादों को प्रभावित करता है।यांत्रिक गुण(शक्ति, कठोरता, कठोरता, लचीलापन),प्रसंस्करण(मशीनरी, गर्मी उपचार प्रतिक्रिया) औरसेवा प्रदर्शनविशिष्ट प्रभावों को निम्नलिखित प्रमुख आयामों में विभाजित किया गया हैः
ऑस्टेनाइट अनाज का आकार बाद के चरण परिवर्तन सूक्ष्म संरचनाओं (जैसे, मार्टेंसाइट, सोर्बाइट) की बारीकता के लिए महत्वपूर्ण है। सूक्ष्म संरचना की बारीकता सीधे चरण परिवर्तन के बाद होती है।हॉल-पेच संबंध(अच्छा दाने → कठोरता में सुधार करते हुए उच्च शक्ति/कठोरता; मोटे दाने → कम शक्ति/कठोरता और कठोरता में महत्वपूर्ण गिरावट) विशिष्ट प्रभाव इस प्रकार हैंः
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बारीक अनाज वाला ऑस्टेनिटउच्च नाभिक घनत्व (जैसे, गोलाकार annealing या निम्न तापमान ताप के माध्यम से) के माध्यम से गठित, यह में बदल जाता हैबारीक असीकुलर मार्टेंसाइट(या कम कार्बन वाले स्टील में बारीक पर्लाइट) को बुझाने के बाद।ठीक मार्टेंसाइट में अनाज की सीमाओं की बड़ी संख्या प्रभावी रूप से विस्थापन आंदोलन को बाधित करती है ( अनाज की सीमाएं विस्थापन के लिए "बाधक" के रूप में कार्य करती हैं), इस प्रकार इस्पात की खपत में काफी वृद्धि हुईतन्य शक्ति, उपज शक्ति और कठोरता.
उदाहरण: 45# स्टील (मध्यम कार्बन स्टील) के लिए "850°C (50°C Ac3 से ऊपर) पर हीटिंग + पानी के थमन के अधीन", ऑस्टेनिट के दाने ठीक हैं (लगभग ग्रेड 10) ।और मिटा हुआ मार्टेंसाइट भी ठीक है, जिसके परिणामस्वरूप कठोरता HRC 5558. अगर 1000°C तक गर्म किया जाता है (अति गर्मी), ऑस्टेनिट के दाने मोटे हो जाते हैं (लगभग ग्रेड 3 ), बुझे हुए मार्टेनसाइट मोटे हो जाते हैं,और कठोरता HRC 50 ̊53 तक गिर जाती है.
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मोटे अनाज वाला ऑस्टेनिट: अत्यधिक उच्च ताप तापमान या लंबे समय तक रखने के समय से अनाज मोटा हो जाता है, जिससेमोटी लेमेलर मार्टेंसाइटसूखने के बाद, विस्थापन मोटे मार्टेंसाइट में जमा हो जाते हैं, और अनाज की सीमाओं का बाधा प्रभाव कमजोर हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप ताकत और कठोरता कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त,"अति गर्म सूक्ष्म संरचनाएं" (ई)उदाहरण के लिए, Widmanstätten संरचना) बनने की संभावना है, जिससे प्रदर्शन में और गिरावट आएगी।
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बारीक अनाज वाला ऑस्टेनिट: बाद के चरण परिवर्तन उत्पादों (ठीक मार्टेनसाइट, ठीक सोर्बाइट) में अनाज सीमाएं हैं जो तनाव सांद्रता को फैलाती हैं।दरार के प्रसार के लिए अधिक अनाज सीमाओं को दरकिनार करना आवश्यक है (लंबा मार्ग), इस प्रकार काफी सुधारटक्कर की कठोरता (αk), टूटने की कठोरता (KIC), और लचीलापन (लंबाई, क्षेत्र की कमी).
उदाहरण: निर्माण मशीनरी में इस्तेमाल किए जाने वाले थके हुए और टेम्पर्ड स्टील (जैसे, 40Cr) के लिए, यदि ऑस्टेनाइट के दाने ग्रेड 8 या बेहतर तक परिष्कृत किए जाते हैं,सूखने और उच्च तापमान टेम्परिंग (500~600°C) के बाद प्रभाव कठोरता 80 J/cm2 से अधिक हो सकती हैयदि दाने ग्रेड 5 या उससे अधिक मोटे हो जाते हैं, तो टक्कर की कठोरता 40 J/cm2 से नीचे गिर सकती है, जिससे कम तापमान में भंगुर फ्रैक्चर का खतरा बढ़ जाता है।
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मोटे अनाज वाला ऑस्टेनिट: मोटे मार्टेंसाइट में अंतरग्रंथिगत दरारें आसानी से बनती हैं, और दरार प्रसार प्रतिरोध कम होता है जिससे कठोरता में तेज गिरावट आती है। विशेष रूप से कम तापमान वाले वातावरण में (जैसे,-20°C से नीचे), "गैर-संक्षारक फ्रैक्चर" (भंगुर फ्रैक्चर) हो सकता है, जो यांत्रिक घटक विफलता का एक प्रमुख कारण है।
ऑस्टेनाइट एकरूपता का अर्थ हैइसकी रासायनिक संरचना (मुख्य रूप से कार्बन एकाग्रता) और सूक्ष्म संरचना वितरण की स्थिरता, हीटिंग तापमान, रखरखाव समय और प्रारंभिक सूक्ष्म संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है। यह सीधे बाद के चरण परिवर्तनों के "समन्वय" को प्रभावित करता है, जिससे प्रदर्शन स्थिरता प्रभावित होती है:
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समान ऑस्टेनाइट: कार्बन और मिश्र धातु तत्व ऑस्टेनिट में पूरी तरह से फैलते हैं, कोई स्थानीय एकाग्रता अंतर नहीं।सभी क्षेत्र समवर्ती रूप से मार्टेंसाइट (या अन्य चरण परिवर्तन सूक्ष्म संरचनाओं) बनाते हैं, जिसके परिणामस्वरूपएक समान कठोरता वितरण(जैसे, एक ही घटक के विभिन्न भागों में कठोरता का अंतर ≤ 2 HRC) और न्यूनतम शक्ति उतार-चढ़ाव।यह घटक में एक समान तनाव वितरण सुनिश्चित करता है और स्थानीय तनाव एकाग्रता से बचा जाता है.
उदाहरण: बीयरिंग स्टील (GCr15) को ऑस्टेनाइट में कार्बन के समान प्रसार को सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त रखरखाव समय के साथ 850°C तक गर्म किया जाना चाहिए।जो असर संचालन के दौरान समान पहनने की गारंटी देता है और सेवा जीवन को बढ़ाता है.
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असमान ऑस्टेनाइट: अपर्याप्त हीटिंग (कम तापमान, कम समय) या मोटी प्रारंभिक सूक्ष्म संरचना ऑस्टेनिट में अपूर्ण कार्बन प्रसार का कारण बनती है, जिसके परिणामस्वरूप "कार्बन-समृद्ध क्षेत्र" (जैसेमूल सीमेंटिट के पास) और "कार्बन-अवशिष्ट क्षेत्र" (ई)उदाहरण के लिए, मूल फेराइट क्षेत्र) के बाद के शमन के दौरानः
- कार्बन-समृद्ध क्षेत्र: उच्च कार्बन मार्टेंसाइट बनाते हैं, जिसकी कठोरता बहुत अधिक है लेकिन कठोरता कम है।
- कार्बन-कम क्षेत्रः कम कार्बन वाले मार्टेनसाइट या फेराइट का निर्माण करते हैं, जिनकी कठोरता कम और ताकत कम होती है।
अंततः यह स्टील की कठोरता और शक्ति में गंभीर असमानता का कारण बनता है। घटकों को कम कठोरता वाले क्षेत्रों में समय से पहले पहनने या उच्च कठोरता वाले भंगुर क्षेत्रों में दरार का गठन होता है।
असमान ऑस्टेनाइट कारणविभिन्न क्षेत्रों में असंगत मात्रा परिवर्तनबाद के चरण परिवर्तन के दौरान (उदाहरण के लिए, उच्च कार्बन मार्टेंसाइट में कम कार्बन मार्टेंसाइट की तुलना में अधिक विशिष्ट मात्रा होती है), जिससे "संरचनात्मक तनाव" उत्पन्न होता है।असमान तापमान वितरण (यदि हीटिंग असमान है) "तापीय तनाव" का कारण बनता हैइन दो तनावों के अतिव्यापीकरण से निम्नलिखित होता हैः
- घटक विरूपण (जैसे, झुकने, warping) और कम आयामी सटीकता;
- गंभीर मामलों में: "कुंचन दरारें" (उदाहरण के लिए, असमान हीटिंग के साथ उपकरण स्टील में अनुदैर्ध्य दरारें आसानी से बनती हैं), जिसका सीधा परिणाम घटक स्क्रैपिंग होता है।
ऑस्टेनाइट में कार्बन सामग्री और मिश्रण तत्व (जैसे, Cr, Ni, Mo, Mn) सीधे बाद के चरण परिवर्तन उत्पादों की "रचना और संरचना" निर्धारित करते हैं,इस प्रकार इस्पात के मुख्य गुणों (कठोरता) को सटीक रूप से विनियमित करना, कठोरता, पहनने के प्रतिरोध आदि):
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उच्च कार्बन ऑस्टेनाइट(उदाहरण के लिए, उच्च कार्बन स्टील C > 0.6%) में बदल जाता हैउच्च कार्बन वाले मार्टेंसाइटसूखने के बाद (उच्च कार्बन अतिसंतृप्ति, गंभीर जाली विरूपण). यह अत्यंत उच्च कठोरता (एचआरसी 60 ¢ 65) और अच्छा पहनने के प्रतिरोध है, लेकिन खराब कठोरता (प्रभाव कठोरता < 20 J / cm2) है।यह उच्च कठोरता और कम प्रभाव की आवश्यकता वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त हैघ. काटने के औजार, मोल्ड, बीयरिंग) ।
उदाहरण: टी10 स्टील (सी = 1.0%) को ऑस्टेनटाइज (780°C से 800°C) किया जाता है और इसे HRC 62°C से 64°C तक कठोरता प्राप्त होती है, जिससे यह हाथ से पीसने वाले ब्लेडों के निर्माण के लिए उपयुक्त हो जाता है।
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मध्यम कार्बन ऑस्टेनाइट(उदाहरण के लिए, मध्यम कार्बन स्टील C = 0.25% ∙ 0.6%):मध्यम कार्बन मार्टेनसाइटशमन के बाद (उदाहरण के लिए, उच्च तापमान शमन पर 500-600 °C), यह "सॉर्बिट" में परिवर्तित हो जाता है, जो उच्च शक्ति (σb = 800-1200 MPa) और अच्छी कठोरता (αk = 40-80 J/cm2) को संतुलित करता है।यह संरचनात्मक इस्पात की विशिष्ट स्थिति है (eउदाहरण के लिए, शाफ्ट, गियर) ।
उदाहरण: 45# स्टील को बुझाने और टेम्परिंग (ऑस्टेनटाइजेशन 840°C + बुझाने + 550°C पर टेम्परिंग) से गुजरना पड़ता है, लगभग 900 एमपीए की ताकत और लगभग 60 जे / सेमी 2 की टक्कर की कठोरता प्राप्त होती है,इसे मशीन टूल्स के स्पिंडल के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाते हैं।
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कम कार्बन वाले ऑस्टेनिट(उदाहरण के लिए, C < 0.25% के साथ कम कार्बन स्टील): शमन के बाद कम कार्बन वाले मार्टेंसाइट में बदल जाता है।इसकी कठोरता कम है (HRC 30 ̊40) लेकिन उत्कृष्ट कठोरता (αk > 100 J/cm2) और अच्छी लचीलापन (लंबाई > 15%) हैयह उच्च कठोरता और प्रभाव प्रतिरोध की आवश्यकता वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है (उदाहरण के लिए, निर्माण मशीनरी के हथियार, ऑटोमोबाइल फ्रेम) ।
उदाहरण: Q355 स्टील (C ≈ 0.18%) को कम तापमान ऑस्टेनिटाइजेशन (880~920°C) के बाद कम कार्बन वाले मार्टेंसाइट प्राप्त करने के लिए बुझाते हैं,इसे धक्का भार के अधीन संरचनात्मक घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाना.
मिश्र धातु तत्व अप्रत्यक्ष रूप से ऑस्टेनाइट स्थिरता को बदलकर, अनाज को परिष्कृत करके या कार्बन के साथ कार्बाइड बनाने से गुणों को अनुकूलित करते हैंः
- अनाज परिष्करण तत्व (Ti, Nb, V): ठीक कार्बाइड (जैसे, टीआईसी, एनबीसी) बनाते हैं जो ऑस्टेनिट अनाज के विकास को रोकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ठीक अनाज ऑस्टेनिट होता है।सूक्ष्म मिश्रित उच्च शक्ति वाले स्टील Q690, जो उत्कृष्ट कठोरता बनाए रखते हुए 690 एमपीए से अधिक की ताकत प्राप्त करने के लिए शुद्ध अनाज के लिए एनबी जोड़ता है) ।
- कठोरता बढ़ाने वाले तत्व (Ni): नी मार्टेंसाइट परिवर्तन तापमान (एमएस बिंदु) को कम करता है, मार्टेंसाइट की भंगुरता को कम करता है,और मार्टेंसाइट माइक्रोस्ट्रक्चर को परिष्कृत करता है जिससे उच्च कार्बन स्टील कठोरता में सुधार करते हुए उच्च कठोरता बनाए रखने में सक्षम होती है (eउदाहरण के लिए, थोक स्टील Cr12MoV जिसमें Ni जोड़ा गया है, जिसकी टक्कर की कठोरता 30% से अधिक बढ़ जाती है) ।
- पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाने वाले तत्व (Cr, Mo): Cr और Mo पहनने के प्रतिरोधी कार्बाइड (जैसे, Cr7C3, Mo2C) बनाते हैं। ये कार्बाइड आंशिक रूप से ऑस्टेनिटाइजेशन के दौरान भंग हो जाते हैं और बुझाने और टेम्परिंग के बाद झड़ जाते हैं,स्टील के पहनने के प्रतिरोध में काफी सुधार (उदाहरण के लिए, पहनने के प्रतिरोधी स्टील NM450, जो Cr और Mo जोड़ता है, साधारण स्टील की तुलना में 50% तक पहनने के नुकसान को कम करता है) ।
ऑस्टेनाइट की स्थिरता इसका "ठंडा होने के दौरान चरण परिवर्तन का विरोध करने की क्षमता" को संदर्भित करती है (यानी, सी-वक्र की स्थिति से निर्धारित अंडरकूल्ड ऑस्टेनाइट की स्थिरता) ।यह मुख्य रूप से मिश्र धातु तत्वों से प्रभावित है (e.g., Cr, Mo, Si) और ऑस्टेनटाइजेशन प्रक्रियाएं। विशिष्ट प्रभाव निम्नलिखित हैंः
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उच्च स्थिर ऑस्टेनिट: बनने की प्रवृत्तिअस्थिर ऑस्टेनाइट(ऑस्टेनिट को मार्टेनसाइट में नहीं बदला जाता है) ठंडा होने के दौरान। अचल ऑस्टेनिट कमरे के तापमान पर धीरे-धीरे मार्टेनसाइट में बदल जाता है (वॉल्यूम विस्तार के साथ),घटकों के "वृद्धावस्था विकृति" और आयामी सटीकता में कमी का कारण (ईउदाहरण के लिए, अत्यधिक अस्थिर ऑस्टेनिट के साथ सटीक मोल्ड या गेज में कई महीनों के उपयोग के बाद 0.1% से 0.3% की आयामी वृद्धि हो सकती है) ।
समाधान: "क्रियोजेनिक उपचार" (-80°C से -196°C) के माध्यम से संरक्षित ऑस्टेनाइट को मार्टेंसाइट में बदलने में मदद करना,या बाद के विरूपण को कम से कम करने के लिए "कम-तापमान टेम्परिंग" (150~200°C) के माध्यम से बरकरार ऑस्टेनाइट को स्थिर करना.
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कम स्थिरता वाला ऑस्टेनिट: ठंडा होने के दौरान आसानी से पूरी तरह से मार्टेंसाइट में बदल जाता है, जिसमें ऑस्टेनाइट की कम सामग्री (< 5%) बनी रहती है। घटकों में अच्छी आयामी स्थिरता होती है, जो उन्हें सटीक भागों के लिए उपयुक्त बनाती है (जैसे,असर, गियर) ।
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उच्च स्थिर ऑस्टेनिट(उदाहरण के लिए, मिश्र धातु स्टील): सी-वक्र दाईं ओर शिफ्ट होता है, जिससे महत्वपूर्ण शीतलन दर कम हो जाती है। शमन कठोरता प्राप्त करने के लिए तेल ठंडा (पानी ठंडा करने के बजाय) का उपयोग किया जा सकता है,श
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