शीतलन के दौरान इस्पात का रूपांतरण

शीतलन के दौरान इस्पात का रूपांतरण       

शीतलन ऊष्मा उपचार प्रक्रिया का एक अनिवार्य चरण है।        

एक इस्पात के हिस्से को गर्म करने और महीन और समान कणों के साथ ऑस्टेनाइट प्राप्त करने के लिए एक निश्चित तापमान पर रखने के बाद, फिर शीतलन किया जाता है।

• अतिशीतित ऑस्टेनाइट: क्रांतिक बिंदु A₁ के नीचे अपरिवर्तित (संरचना के संदर्भ में) रहने वाला ऑस्टेनाइट।
• इस बिंदु पर, अतिशीतित ऑस्टेनाइट तुरंत रूपांतरित नहीं होता है; इसके बजाय, यह थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर स्थिति में होता है (एक अस्थिर संरचना के रूप में) और अंततः रूपांतरण से गुजरेगा।
• अतिशीतलन की डिग्री (अर्थात, विभिन्न रूपांतरण तापमान) के आधार पर, अतिशीतित ऑस्टेनाइट तीन प्रकार के रूपांतरण से गुजरता है:
• पर्लाइट रूपांतरण
• बेनाइट रूपांतरण
• मार्टेंसाइट रूपांतरण

• रूपांतरण स्थिति: अतिशीतित ऑस्टेनाइट A₁ → 550°C के तापमान रेंज के भीतर पर्लाइट-प्रकार की संरचना में बदल जाता है।
• रूपांतरण उत्पाद: फेराइट और सीमेंटाइट के वैकल्पिक लैमेली से बनी एक यांत्रिक मिश्रण संरचना।
• पर्लाइट आयरन-कार्बन मिश्र धातुओं में पांच सबसे बुनियादी संरचनाओं में से एक है। इसे अक्षर "P" (से "पर्लाइट") द्वारा दर्शाया गया है। नाम इसकी मोती जैसी चमक से उत्पन्न होता है।     
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सॉर्बाइट (S)

निर्माण तापमान: 650 ~ 600°C; इसमें अपेक्षाकृत पतली लैमेली होती हैं, जिसकी मोटाई लगभग 80 ~ 150 nm होती है। लैमेली को एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत पहचानना मुश्किल होता है और इसे केवल उच्च-आवर्धन ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप (800 ~ 1500× आवर्धन पर) के तहत फेराइट और सीमेंटाइट की लैमेलर संरचना के रूप में पहचाना जा सकता है।

ट्रॉस्टाइट (T)

निर्माण तापमान: 600 ~ 550°C; इसमें बेहद पतली लैमेली होती हैं, जिसकी मोटाई लगभग 30 ~ 80 nm होती है। लैमेलर विशेषताओं को एक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के तहत बिल्कुल भी नहीं पहचाना जा सकता है और इसे केवल एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत पहचाना जा सकता है।

रूपांतरण से पहले ऑस्टेनाइटिंग तापमान और ऑस्टेनाइट अनाज का आकार केवल पर्लाइट कॉलोनियों के आकार को प्रभावित करता है, लेकिन लैमेलर अंतराल पर इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

पर्लाइट (P) से सॉर्बाइट (S) और फिर ट्रॉस्टाइट (T) तक, जितना कम तापमान होता है, लैमेलर अंतराल उतना ही छोटा होता है, और ताकत और कठोरता उतनी ही अधिक होती है। वे केवल लैमेलर सुंदरता और गुणों में भिन्न होते हैं, कोई आवश्यक अंतर नहीं होता है।

हीटिंग के दौरान ऑस्टेनाइटाइजेशन प्रक्रिया के समान, शीतलन के दौरान पर्लाइट रूपांतरण प्रक्रिया भी ठोस अवस्था में न्यूक्लिएशन और वृद्धि की प्रक्रिया है।

इसी तरह, अनाज की सीमाओं पर अनियमित परमाणु व्यवस्था के कारण, रिक्तियों और अव्यवस्थाओं जैसे अधिक दोषों के साथ, परमाणु पुनर्व्यवस्था आसानी से होती है, इसलिए सीमेंटाइट पहले ऑस्टेनाइट अनाज की सीमाओं पर न्यूक्लिएट करता है।

सीमेंटाइट के न्यूक्लिएट होने के बाद, यह बढ़ना शुरू हो जाता है। वृद्धि प्रक्रिया के दौरान, सीमेंटाइट के दोनों किनारों पर ऑस्टेनाइट की कार्बन सामग्री कम हो जाती है, जो फेराइट के न्यूक्लिएशन को बढ़ावा देती है। दोनों न्यूक्लिएट और वैकल्पिक रूप से बढ़ते हैं, जिससे फेराइट और Fe₃C से बनी कई लैमेलर संरचनाएँ बनती हैं।

उसी समय, न्यूक्लिएशन और वृद्धि अनाज की सीमाओं के अन्य भागों में भी एक साथ शुरू होती है, जिससे विभिन्न अभिविन्यासों के साथ कई पर्लाइट कॉलोनियाँ बनती हैं।

ये पर्लाइट कॉलोनियाँ बढ़ती हैं और एक सतत द्रव्यमान में विलीन हो जाती हैं, और अंत में, पूरी संरचना पर्लाइट में बदल जाती है; इस प्रकार, अतिशीतित ऑस्टेनाइट का पर्लाइट में रूपांतरण पूरा हो जाता है।

चूंकि ऑस्टेनाइट के पर्लाइट में रूपांतरण के दौरान उच्च तापमान के कारण आयरन और कार्बन परमाणु पर्याप्त रूप से फैलते हैं, इसलिए इस प्रक्रिया को प्रसार-प्रकार का रूपांतरण कहा जाता है।

• रूपांतरण स्थिति: अतिशीतित ऑस्टेनाइट 550°C ~ Ms के तापमान रेंज के भीतर बदल जाता है। यूटेक्टॉइड स्टील के लिए, Ms तापमान 230°C है।
• रूपांतरण उत्पाद: Fe₃C (सीमेंटाइट) और कार्बन-अतिसंतृप्त फेराइट का एक दो-चरण यांत्रिक मिश्रण, जिसे अक्षर "B" द्वारा दर्शाया गया है।
• 1930 में, ई.एस. डेवनपोर्ट और ई.सी. बेन ने पहली बार मध्यम-तापमान समतापीय रूपांतरण के बाद इस्पात में रूपांतरण उत्पाद की धातुवैज्ञानिक संरचना का अवलोकन किया। बाद में, बेन के योगदान का सम्मान करने के लिए, इस संरचना का नाम "बेनाइट" रखा गया।
• उनकी सूक्ष्म संरचनात्मक आकृति विज्ञान में अंतर के आधार पर, बेनाइट को वर्गीकृत किया जा सकता है:
• ऊपरी बेनाइट (B_u)
• निचला बेनाइट (B_l)

• आकृति विज्ञान: पंख जैसा।

   

  असतत छड़ के आकार का सीमेंटाइट (Fe₃C) समानांतर फेराइट लैट्स के बीच वितरित किया जाता है जो ऑस्टेनाइट अनाज की सीमाओं से अनाज के अंदरूनी भाग में बढ़ते हैं।

  

• निचला बेनाइट (B_lower / B_l)

   

  आकृति विज्ञान: बांस के पत्ते जैसा। महीन परतदार कार्बाइड (Fe₃C) फेराइट सुइयों पर वितरित होते हैं।

  निचले बेनाइट की प्रदर्शन विशेषताएँ:

  निचले बेनाइट में कार्बाइड महीन और समान रूप से वितरित होते हैं। उच्च शक्ति और कठोरता के अलावा, इसमें अच्छी प्लास्टिसिटी और क्रूरता भी होती है, जो इसे औद्योगिक उत्पादन में एक सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली संरचना बनाती है। निचले बेनाइट संरचना को प्राप्त करना इस्पात सामग्री को मजबूत करने के तरीकों में से एक है।

  समान कठोरता की स्थिति में, निचले बेनाइट संरचना का घिसाव प्रतिरोध मार्टेंसाइट की तुलना में काफी बेहतर होता है, जो मार्टेंसाइट का 1 से 3 गुना तक पहुंच सकता है। इसलिए, लौह और इस्पात सामग्री में मैट्रिक्स संरचना के रूप में निचले बेनाइट को प्राप्त करना शोधकर्ताओं और इंजीनियरों द्वारा पीछा किया जाने वाला एक लक्ष्य है।

  

   

   

  1) ऊपरी बेनाइट की निर्माण प्रक्रिया

   

  जब रूपांतरण तापमान अपेक्षाकृत अधिक होता है (550 ~ 350°C), तो फेराइट नाभिक ऑस्टेनाइट के कम-कार्बन क्षेत्रों में प्राथमिकता से बनते हैं। ये नाभिक तब ऑस्टेनाइट अनाज की सीमाओं से अनाज के अंदरूनी भाग में समानांतर रूप से बढ़ते हैं। इस बीच, जैसे-जैसे फेराइट बढ़ता है, अतिरिक्त कार्बन परमाणु आसपास के ऑस्टेनाइट में फैल जाते हैं। अंत में, छोटी छड़ के आकार का या छोटा परतदार Fe₃C (सीमेंटाइट) फेराइट लैट्स के बीच अवक्षेपित होता है, जो समानांतर और घने फेराइट लैट्स के बीच असतत रूप से वितरित होता है, जिससे पंख जैसा ऊपरी बेनाइट बनता है।