কেস হার্ডেনিং স্টিল 15HN, 18H2N2, 1.6587, 18H2N4MA, 15NiCr13

কেস হার্ডেনিং স্টিল (12HN3A, 1.5752, 15NiCr13, 12H2N4A, 16NiCrMo12, 15HN, 15CrNi6, 1.5919, 1.5918, 17HNM, 20HNM, 1.6523, 18CrNiMo7-6, 1.6587, 18HGT, 18H2N2, 18CrNi8, 1.5920, 18H2N4WA, 18H2N4MA, X19NiCrMo4, 1.2764, 20H2N4A) হলো একটি স্ট্রাকচারাল স্টিল যাতে ০.২৫% পর্যন্ত কার্বন থাকে, যা কার্বুরাইজিং বা সায়ানাইডেটিং (একযোগে নাইট্রাইডিং) দ্বারা পৃষ্ঠতল শক্ত করার জন্য ব্যবহৃত হয়। এই প্রক্রিয়ায় একটি কঠিন পৃষ্ঠ তৈরি হয় এবং একই সাথে কঠিন ও নিম্ন-তাপমাত্রায় উত্তপ্ত অবস্থায় (১৫০–১৮০°সে.) মজ্জার নমনীয়তা বজায় থাকে।

কেস হার্ডেনিং স্টিল – এর প্রয়োগ ও বৈশিষ্ট্য

যেখানে উচ্চ পৃষ্ঠ ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং উচ্চ কাঠিন্যের প্রয়োজন হয়, সেখানে কার্বুরাইজড স্ট্রাকচারাল স্টিল ব্যবহার করা হয়। পৃষ্ঠের কাঠিন্য যত বেশি হয়, ক্ষয়ের হার তত কম হয়। পৃষ্ঠের স্তরকে কার্বন দ্বারা সমৃদ্ধ করে এবং পরবর্তীকালে এটিকে শক্ত করার মাধ্যমে এটি অর্জন করা হয়। ক্রোমিয়াম এবং মলিবডেনামযুক্ত অ্যালয় স্টিল দিয়ে কার্বুরাইজিং করার পর সর্বোচ্চ কাঠিন্য অর্জিত হয়, যা ডায়নামিক লোডের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ ক্ষমতাকে আরও বাড়িয়ে তোলে।

উপাদানগুলোর আকারের ওপর নির্ভর করে সংকর ধাতুর ধরন নির্বাচন করা হয়:

ছোট প্রস্থচ্ছেদ – ক্রোমিয়াম ও ম্যাঙ্গানিজযুক্ত সংকর ইস্পাত, যেগুলোর বৈশিষ্ট্য হলো ভালো কাঠিন্য বৃদ্ধি ক্ষমতা এবং মাঝারি ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা।
বৃহৎ উপাদান – ক্রোমিয়াম ও নিকেল অথবা ক্রোমিয়াম, নিকেল ও মলিবডেনামের সংমিশ্রণযুক্ত ইস্পাত, যা উন্নততর মূল শক্তি এবং উচ্চতর ক্লান্তি প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রদান করে।

কার্বুরাইজড স্তরের বৈশিষ্ট্যের উপর প্রযুক্তিগত কারণের প্রভাব

কার্বুরাইজড স্তরের গুণমান ও বৈশিষ্ট্য প্রক্রিয়াকরণের শর্তাবলী এবং ব্যবহৃত ইস্পাতের রাসায়নিক গঠন উভয়ের দ্বারাই প্রভাবিত হয়। মূল নিয়ামকগুলোর মধ্যে রয়েছে:

কার্বুরাইজেশন গভীরতা – এটি মূলত কার্বুরাইজিংয়ের তাপমাত্রা এবং সময়ের উপর নির্ভর করে। ইস্পাতের রাসায়নিক গঠন এবং কার্বুরাইজিং মাধ্যমের গুরুত্ব তুলনামূলকভাবে কম। উচ্চ তাপমাত্রায় দীর্ঘ সময় ধরে কার্বুরাইজিং করলে উপাদানের গভীরে কার্বনের ব্যাপন ঘটে।
পৃষ্ঠ স্তরে কার্বনের পরিমাণ – এটি মূলত কার্বুরাইজিং মাধ্যম এবং ইস্পাতের রাসায়নিক গঠনের উপর নির্ভর করে। তাপমাত্রা এবং প্রক্রিয়াকরণের সময়ের প্রভাব গৌণ, কিন্তু অতিরিক্ত কার্বনের পরিমাণ স্তরটির ভঙ্গুরতা বাড়িয়ে দিতে পারে।
পৃষ্ঠ অঞ্চল থেকে কেন্দ্রে যাওয়ার উপায় এটি পৃষ্ঠে ও কেন্দ্রে কার্বনের পরিমাণ এবং কার্বুরাইজেশনের গভীরতার উপর নির্ভর করে। তবে, এটি ইস্পাতের রাসায়নিক গঠনের উপর সরাসরি নির্ভরশীল নয়। যদি পৃষ্ঠ স্তরে কার্বনের পরিমাণ বেশি হয় এবং কার্বুরাইজেশনের গভীরতা কম হয়, তবে স্তরগুলোর মধ্যে পরিবর্তন আকস্মিক হবে, যা অভ্যন্তরীণ পীড়ন সৃষ্টি করতে পারে এবং ফাটল ধরার প্রবণতা বাড়িয়ে তুলতে পারে।

কার্বুরাইজিং প্রক্রিয়ার অপ্টিমাইজেশন

কার্বুরাইজড স্তরের কাঙ্ক্ষিত বৈশিষ্ট্য অর্জনের জন্য উপযুক্ত প্রসেস প্যারামিটার নির্বাচন করা প্রয়োজন। খুব অগভীর কার্বুরাইজেশন পৃষ্ঠের কাঠিন্য কমিয়ে দেয়, যার ফলে ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা হ্রাস পায়। বিপরীতভাবে, খুব গভীর কার্বুরাইজেশন পুরো উপাদানটির অতিরিক্ত ভঙ্গুরতা সৃষ্টি করতে পারে, যা চরম ক্ষেত্রে ক্লান্তি শক্তি হ্রাস করে।

পৃষ্ঠতলে কার্বনের পরিমাণ যত বেশি থাকে, তা তত বেশি কঠিন ও ভঙ্গুর হয়ে ওঠে। চূড়ান্ত পৃষ্ঠতলের কাঠিন্য হার্ডেনিং প্যারামিটারের উপরও নির্ভর করে – সর্বনিম্ন সম্ভাব্য তাপমাত্রায় হার্ডেনিং করার মাধ্যমে সর্বোচ্চ কাঠিন্য অর্জন করা হয়। হিট ট্রিটমেন্ট প্যারামিটারের সঠিক নির্বাচনের মাধ্যমে সর্বোত্তম যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য পাওয়া যায়, যা কার্বুরাইজড উপাদানগুলির স্থায়িত্ব এবং প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।

ইস্পাতের গ্রেড নির্বাচন এবং কার্বুরাইজেশন অপ্টিমাইজেশন

সংকর কার্বুরাইজিং স্টিলগুলোর মধ্যে ক্রোমিয়াম-নিকেল-মলিবডেনাম স্টিলের কাঠিন্য সবচেয়ে কম। এগুলোর বৈশিষ্ট্য হলো ভালো কোর নমনীয়তা, কিন্তু একটি কঠিন কার্বাইড স্তর গঠনের ক্ষমতাও এদের কম। এই স্টিলগুলোকে কার্বুরাইজ করার জন্য প্রসেস প্যারামিটারগুলোর সুনির্দিষ্ট নির্বাচন প্রয়োজন, যাতে একটি অসমসত্ত্ব কাঠামো তৈরি না হয়, যা ডায়নামিক লোডের অধীনে পরিচালিত উপাদানগুলোর ক্লান্তি শক্তি হ্রাস করতে পারে।

কার্বুরাইজিং স্টিলের সকল গ্রেডের জন্য ১৫০–১৮০°C তাপমাত্রায় অতিরিক্ত হার্ডেনিং এবং নিম্ন-তাপমাত্রার টেম্পারিং করা অপরিহার্য। এই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পৃষ্ঠের কাঠিন্য এবং ফাটল সহনশীলতার সর্বোত্তম সমন্বয় সাধিত হয়।

ক্রোমিয়াম এবং ক্রোমিয়াম-মলিবডেনাম ইস্পাত তেল বা শক্তকারী লবণে এটিকে শক্ত করার পরামর্শ দেওয়া হয়, যা উপাদানের বিকৃতির ঝুঁকি কমায়।
ক্রোম-নিকেল ইস্পাত – পানি বা তেলে দ্রুত শীতল করার প্রয়োজন হয়, যা একটি সমজাতীয় অণুসজ্জা নিশ্চিত করে এবং অতিরিক্ত ভঙ্গুরতার ঝুঁকি কমায়।

কার্বুরাইজড স্তরের অণুসজ্জা এবং উপাদানগুলির স্থায়িত্ব

কার্বুরাইজড স্তরের চূড়ান্ত গুণমান এবং স্থায়িত্ব এর অণুসজ্জার উপর নির্ভর করে। পৃষ্ঠের নিকটবর্তী অঞ্চলে উচ্চ কার্বাইড উপাদান ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে, কিন্তু এর ফলে ক্ষুদ্র ফাটলের প্রবণতাও বেড়ে যেতে পারে। এই ঝুঁকি কমানোর জন্য, কিছু ক্ষেত্রে, সারফেস শট পিনিং-এর মতো অতিরিক্ত যান্ত্রিক প্রক্রিয়াকরণ ব্যবহার করা হয়। এই প্রক্রিয়াটি যন্ত্রাংশটির ক্লান্তি প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে এবং এর শক্তিগত বৈশিষ্ট্য উন্নত করে।

উপযুক্ত কার্বুরাইজিং স্টিলের ব্যবহার

উপযুক্ত স্টিল গ্রেড এবং সর্বোত্তম তাপ প্রক্রিয়াকরণ প্যারামিটারের নির্বাচন একটি নির্দিষ্ট উপাদানের পরিচালন অবস্থার উপর নির্ভর করে:

উচ্চ গতিশীল লোডের অধীন উপাদানসমূহ (গিয়ার, শ্যাফট, টাইমিং ক্যাম) – ক্রোমিয়াম-মলিবডেনাম স্টিল সবচেয়ে ভালো কাজ করে, যা পৃষ্ঠের কাঠিন্য এবং মূল শক্তির মধ্যে একটি ভালো ভারসাম্য প্রদান করে।
মাঝারি ভারে উচ্চ ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রয়োজন এমন উপাদান কার্বন বা ক্রোমিয়াম-ম্যাঙ্গানিজ ইস্পাত ব্যবহার করা হয়, যা অতিরিক্ত ভঙ্গুরতা ছাড়াই পর্যাপ্ত কাঠিন্য প্রদান করে।

কার্বুরাইজিং প্রক্রিয়াকে অনুকূল করার গুরুত্ব

সঠিকভাবে পরিচালিত কার্বুরাইজিং প্রক্রিয়া যন্ত্রাংশের আয়ু উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে দেয় এবং ক্ষয়-ক্ষতির বিরুদ্ধে তাদের প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে। এটি স্বয়ংচালিত, মহাকাশ এবং টুলিং শিল্পের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে যন্ত্রাংশের স্থায়িত্ব এবং নির্ভরযোগ্যতা সবচেয়ে জরুরি।

কেস হার্ডেনিং স্টিল – ভিতরেধরণ নির্বাচন

কার্বুরাইজিং স্টিল নির্বাচন করার সময়, কার্বুরাইজেশনের পরে উপাদানটির কোরের শক্তিই মূল বিবেচ্য বিষয়। উদ্দিষ্ট ব্যবহারের উপর নির্ভর করে, কার্বুরাইজিং স্টিলের জন্য প্রয়োজনীয় টেনসাইল স্ট্রেংথ (Rm) ৪৯০ থেকে প্রায় ১৩৭০ MPa পর্যন্ত বিস্তৃত, যেখানে ইল্ড স্ট্রেংথ (Re বা Rp0,2) ২৪৫ থেকে ৮৮০ MPa পর্যন্ত হয়ে থাকে। একই সাথে, কোরটির উচ্চ ইমপ্যাক্ট স্ট্রেংথ এবং নমনীয়তা থাকা উচিত, যা কার্বুরাইজড স্তরের ভঙ্গুরতা এবং কাঠিন্যকে পূরণ করে।

এই প্রয়োজনীয়তাগুলো মেটাতে, কেস-হার্ডেনড স্টিলে কার্বনের পরিমাণ সাধারণত ০.১০ থেকে ০.২৫% পর্যন্ত থাকে। সংকর উপাদানের উপস্থিতির মাধ্যমে ৭৩৫ মেগাপ্যাসকেলের বেশি কোর শক্তি অর্জন করা হয়।

সংকর ইস্পাত বনাম কার্বন ইস্পাত

কার্বন স্টিলের তুলনায়, সংকর কার্বুরাইজিং স্টিল নরম অবস্থায় এবং শক্ত করার পরেও উল্লেখযোগ্যভাবে উচ্চতর প্রসার্য শক্তি প্রদর্শন করে। এই উচ্চতর শক্তকরণযোগ্যতা বৃহত্তর প্রস্থচ্ছেদযুক্ত উপাদানগুলিতেও উচ্চ শক্তি প্রদান করে, এবং একই সাথে ভালো নমনীয়তা, অর্থাৎ উচ্চ প্রসারণ, নেকিং হ্রাস এবং অভিঘাত শক্তি বজায় রাখে।

কার্বুরাইজিং এবং হার্ডেনিং করার পর, অ্যালয় স্টিল দিয়ে তৈরি উপাদানগুলো কার্বন স্টিলের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি কোর স্ট্রেংথ প্রদর্শন করে। তাই, কার্বুরাইজিং অ্যালয় স্টিল এমন সব উচ্চ চাপযুক্ত কাঠামোগত উপাদান তৈরিতে ব্যবহৃত হয়, যেমন ইঞ্জিনের যন্ত্রাংশ, মোটরগাড়ি, বিমান এবং যন্ত্রপাতি, যেগুলোর জন্য উচ্চ পৃষ্ঠতল কাঠিন্য এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা প্রয়োজন।

কোর এবং কার্বুরাইজড স্তরের বৈশিষ্ট্যের উপর কঠিনীকরণের প্রভাব

প্রচলিত তাপীয় উন্নয়ন প্রক্রিয়া (কঠিনীকরণ ও টেম্পারিং) দ্বারা কোরের শক্তি বৈশিষ্ট্যকে আকার দেওয়া যায় না, কারণ ১৫০° সেলসিয়াস তাপমাত্রা থেকে কার্বুরাইজড স্তরের কাঠিন্য কমতে শুরু করে।

সর্বোচ্চ পৃষ্ঠতল কাঠিন্য অর্জনের জন্য, কার্বুরাইজড স্তরের রাসায়নিক গঠনের সাথে সামঞ্জস্য রেখে কাঠিন্যকরণের শর্তাবলী নির্ধারণ করতে হয়, যার জন্য সর্বোত্তম কাঠিন্যকরণ তাপমাত্রা কোরের তাপমাত্রার চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে কম। ফলস্বরূপ, কোরটি কেবল আংশিকভাবে কাঠিন্য লাভ করে এবং সাধারণত সম্পূর্ণ কাঠিন্যকরণের মাধ্যমে যা অর্জন করা যেত, তার চেয়ে কম শক্তি প্রদর্শন করে।

রাসায়নিক গঠনের গুরুত্ব

যেহেতু টেম্পারিং দ্বারা কার্বুরাইজিং স্টিলের বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করা যায় না, তাই স্টিলের রাসায়নিক গঠন এর কোর স্ট্রেংথ নির্ধারণের একটি মূল নিয়ামক। এটি শুধু শক্তিকেই প্রভাবিত করে না, স্টিলের হার্ডেনাবিলিটিও নির্ধারণ করে।

কেস-হার্ডেনড স্টিলের ক্ষেত্রে কাঠিন্যযোগ্যতা ততটা গুরুত্বপূর্ণ নয়, কারণ এই প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যাওয়া যন্ত্রাংশের মূল অংশ সাধারণত কেবল আংশিকভাবেই শক্ত হয়। তবে, যখন এই স্টিলগুলো কেস-হার্ডেনিং ছাড়াই ব্যবহার করা হয় (যেমন, তাপ প্রক্রিয়াকরণের জন্য নরম স্টিল হিসেবে), তখন কাঠিন্যযোগ্যতা একটি প্রধান কার্যক্ষমতার মানদণ্ড হয়ে ওঠে – যা তাপ প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহৃত চিরায়ত সংকর স্টিলের মতোই।

সংকর উপাদানের পরিমাণের যথাযথ নির্বাচনের মাধ্যমে একটি নির্দিষ্ট প্রস্থচ্ছেদে প্রয়োজনীয় মূল শক্তি এবং কার্বুরাইজড স্তরের কাঙ্ক্ষিত কাঠিন্য একই সাথে অর্জন করা সম্ভব হয়।

সঠিক প্রজাতি নির্বাচন করা

প্রতিটি স্টিল গ্রেডের জন্য কোর স্ট্রেন্থের একটি সীমিত পরিসর এবং একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ কার্বুরাইজড লেয়ারের গঠন ও কাঠিন্য পাওয়া যায়। বিস্তৃত টেনসাইল স্ট্রেন্থের প্রয়োজনীয়তা (৪৯০–১৩৭০ MPa) এবং বিভিন্ন মাত্রার সারফেস হার্ডনেস মেটাতে, কম্পোনেন্টের লোড ও অপারেটিং কন্ডিশনের উপর ভিত্তি করে বিভিন্ন গ্রেডের কার্বুরাইজড স্টিল নির্বাচন করা হয়।

পিএন অনুযায়ী প্রজাতির নামকরণ

PN স্ট্যান্ডার্ড অনুযায়ী স্টিলের গ্রেড নির্ধারণে, প্রথম অঙ্কটি শতাংশের শতভাগের এক ভাগ পর্যন্ত গড় কার্বনের পরিমাণ নির্দেশ করে। এরপর নামের মধ্যে অক্ষরগুলো আসে, যা এমন সব সংকর উপাদান নির্দেশ করে যেগুলো কার্বুরাইজড স্তরের কাঠিন্যযোগ্যতা, শক্তি এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতাকে প্রভাবিত করে।

এইচ – ক্রোম
জি – ম্যাঙ্গানিজ
এন – নিকেল
এম – মলিবডেনাম
W – টাংস্টেন
টি – টাইটানিয়াম

যদি মার্কিংয়ের শেষে A অক্ষরটি থাকে , তবে তা সালফার এবং ফসফরাসের কম পরিমাণ নির্দেশ করে, যা প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য এবং হাইড্রোজেন এমব্রিটলমেন্টের প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করে।

উদাহরণ:
পদবি 12H2N4A জানানো হচ্ছে যে:

গড় কার্বনের পরিমাণ হল ৮০%,
ইস্পাতে প্রায় ২% ক্রোমিয়াম i ৪% নিকেল,
বাঙ্ক A এর মানে হলো সালফার ও ফসফরাসের পরিমাণ কমানো হয়েছে।

এর ফলে, এই চিহ্নগুলোর মাধ্যমে কোনো নির্দিষ্ট স্টিল গ্রেডের রাসায়নিক গঠন এবং মৌলিক বৈশিষ্ট্য দ্রুত নির্ণয় করা সম্ভব হয়।

অন্যান্য কাঠামোগত সংকর ইস্পাত

কার্বুরাইজিংয়ের জন্য সংকর কাঠামোগত ইস্পাত
নাইট্রাইডিং এর জন্য কাঠামোগত সংকর ইস্পাত
কাঠামোগত সংকর স্প্রিং স্টিল
কাঠামোগত সংকর ভারবহনকারী ইস্পাত
তাপ প্রক্রিয়াকরণের জন্য কাঠামোগত সংকর ইস্পাত
উচ্চ তাপমাত্রায় পরিচালনার জন্য সংকর কাঠামোগত ইস্পাত – বয়লার ইস্পাত